《Cell》巨型CRISPR工具为抗癌细胞提供了强大动力

一个编辑RNA而不是DNA的系统可以给精疲力竭的CAR-T细胞带来新的生命。

　　

CRISPR-Cas9基因编辑系统擅长改变和破坏基因。但它所带来的变化是永久性的，如果系统出现问题，这可能是一个大问题。现在，一种基于CRISPR的系统以细胞的短寿命信使RNA而不是DNA为目标，可以提供一种更精确和可逆的方法来设计细胞疗法，甚至可以帮助科学家发现不同基因是如何协同工作的。

研究结果发表在2月21日的《Cell》杂志上。

轮到RNA了

工程化的CRISPR系统通常有两个主要组成部分:DNA切割酶，通常是Cas9，以及一段“引导”RNA，它将酶引导到要编辑的DNA片段。该系统最有前途的医学应用之一是它在生产嵌合抗原受体(CAR) T细胞方面的潜在用途。它们是通过设计免疫步兵T细胞来攻击肿瘤细胞表面的特定蛋白质而产生的。但是DNA编辑CRISPR系统可能会带来安全问题，并且在这些细胞中效率相对较低。

加州斯坦福大学的生物工程师Stanley Qi和免疫学家Crystal Mackall及其同事开发了一种替代系统，称为MEGA(多路效应引导阵列)。它有CRISPR引导RNA，但将切割DNA的Cas9换成了切割RNA的Cas13d。CRISPR的一半将Cas13d引导到由DNA模板产生的靶mRNA上。

“我们并没有真正接触到任何DNA，”Qi说。这避免了引起永久性变化的风险，或者更糟的是，在指定目标以外的地方切割DNA。mRNA在细胞中不会持续很长时间，所以任何错误都会很快消失。

像T细胞这样的活性细胞会产生不断变化的各种mRNA分子，每种mRNA分子都指导一种特定蛋白质的产生。Cas13d切割目标mRNA，破坏它，阻止它大量产生特定的蛋白质。这与关闭相关基因具有相同的效果。MEGA允许研究人员创建“多重”CRISPR-Cas13d系统，该系统可以关闭多种蛋白质的产生，有效地一次关闭多达10个基因。

使疲惫的细胞恢复活力

该团队利用该系统解决了CAR-T疗法的一个缺点，即t细胞衰竭。如果CAR-T细胞被慢性感染或长期肿瘤激活太多次，它们就会变得不那么有效。

为了刺激疲劳的T细胞，研究人员设计了CRISPR系统，以参与能量产生和糖代谢等功能的mRNA分子为目标。用一些MEGA组合处理的T细胞停止表达衰竭的分子信号，并在缩小小鼠肿瘤方面表现得更好。

Qi、Mackall和他们的同事还创造了一种Cas13d基因，这种基因只有在CAR-T细胞接受抗生素甲氧苄啶治疗时才会被激活。通过改变甲氧苄氨嘧啶的剂量，研究人员可以上下“调节”mRNA水平，使研究小组精确控制分子通路何时以及如何被激活，而不仅仅是完全关闭它们。

“看到RNA CRISPR工具箱的应用总是令人兴奋的，”剑桥麻省理工学院的系统生物学家Jonathan Gootenberg说。他说，调整RNA转录本收集的能力将对细胞治疗特别有用。

费城宾夕法尼亚大学的免疫学家Joseph Fraietta对此表示赞同。他说，根据他自己使用CRISPR的经验，他的团队在CAR-T细胞变得不健康之前，一次只能编辑大约三个基因。“这将打开更多的途径，”他说。但他警告说，该系统需要持续高水平的Cas13d，这可能会引发免疫反应。

Mackall和Qi说，MEGA调节基因表达的能力使科学家能够同时改变大量mRNA的水平，揭示来自不同基因组合的不同数量的mRNA如何协同工作以执行细胞功能。