Nature：杜克大学开发出基于RNA的细胞编辑新工具

　　

杜克大学的研究人员近日开发出一种基于RNA的编辑工具，有望实现细胞而不是基因的观察和操控。它能够精确地瞄准任何类型的细胞，并选择性地添加任何感兴趣的蛋白质。通过修改特定的细胞和细胞功能，这种工具可用来管理疾病。

这篇题为“Programmable RNA sensing for cell monitoring and manipulation”的论文于10月5日发表在《Nature》杂志上。研究团队由杜克大学的神经生物学家Z. Josh Huang博士及博士后研究员Yongjun Qian博士领导。

在使用基于RNA的探针后，研究团队证明了他们可以在细胞中引入荧光标签来标记特定类型的脑组织；或引入一个光敏的开关，让特定的神经元沉默或激活；甚至引入一种自我破坏的酶来精确地清除某些细胞。  

这种选择性的细胞监测和控制系统被命名为CellREADR，主要依赖于ADAR酶，这种酶存在于每种动物的细胞中。Huang博士表示，尽管CellREADR目前仍然处于早期阶段，但它的应用前景似乎是无限的，它有望在整个动物王国中发挥潜力。

“我们很兴奋，因为这是一种简化且可扩展的通用技术，可以监测和操控任何动物的所有细胞类型，”Huang博士称。“我们可以修改特定类型的细胞功能来管理疾病，而不管它们最初的遗传易感性如何。目前的疗法或药物无法做到这一点。”

CellREADR是一串可定制的RNA组成，主要包括三个部分：传感器、停止标志和一套模板。

首先，研究团队需要确定他们想要研究的细胞类型，并确定该细胞类型产生的独特目标RNA。然后将传感器序列设计为目标RNA的互补链。正如DNA分子一样，如果RNA有匹配的分子，则它也能与另一段RNA配对连接。

当传感器分子进入细胞并找到它的目标RNA序列后，两个片段会结合在一起，形成一段双链RNA。这种新的RNA混搭分子会触发ADAR酶来检查新生成的双链RNA。ADAR酶是一种存在于所有动物细胞内的细胞防御机制，被设计用来编辑双链RNA。

考虑到ADAR酶的存在，研究人员设计了CellREADR的停止标志。阻止蛋白质生成的停止标志只有在CellREADR的传感器分子与其目标RNA序列对接后才会被去除，因此对特定细胞类型具有高度特异性。一旦ADAR酶去除停止标志，这个系统就能在目标细胞内生成新的蛋白质。

Huang博士及其团队对CellREADR进行了测试。“我记得两年前，Yongjun生成了第一代CellREADR，并在小鼠大脑中进行了测试，”他谈道。“令我惊讶的是，他第一次尝试就取得了非常好的效果。”

在随后的实验中，研究人员证实CellREADR能够准确标记活小鼠的特定脑细胞群，并在指定的位置添加活动监视器和控制开关。对于大鼠以及在癫痫手术中收集的人脑组织，它也很有效。

另一作者、杜克大学的神经外科医生兼助理教授Derek Southwell博士称：“有了CellREADR，我们可以挑选人群开展研究，并真正开始研究人类大脑中存在的所有细胞类型。”

Southwell博士希望CellREADR能够帮助人们理解人类大脑回路及其中的细胞，并在此过程中推进神经系统疾病的新疗法开发，比如他正在试验的一种治疗耐药性癫痫的新方法。

研究人员特别看好CellREADR技术，作为一种“可编程的RNA药物”，它有望治愈疾病。他们已经为这项技术申请了专利。

原文检索

Qian, Y., Li, J., Zhao, S. et al. Programmable RNA sensing for cell monitoring and manipulation. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05280-1