Nature發布CRISPR重大突破：可編程的RNA編輯工具

　　一種用來編輯基因組中DNA指令的強大科學工具現在也可以應用于RNA。來自加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室的一個研究人員小組，證實借助于一種方法可以編程CRISPR/Cas9蛋白復合物在序列特異性的靶位點識別并切割RNA。這一研究發現有可能改變RNA功能研究的模式，為檢測、分析和操控RNA轉錄物鋪平了道路。相關論文發表在9月28日的《自然》（Nature）雜志上。

　　由生物化學家、CRISPR/Cas9復合物研究權威人士Jennifer Doudna領導的這一研究小組，揭示出Cas9酶可與稱作為“PAM”（ protospacer adjacent motif）的短DNA序列共同作用，識別并結合到單鏈RNA(ssRNA)特異位點上。他們將這一RNA靶向性CRISPR/Cas9復合物命名為RCas9。

　　Doudna說：“利用專門設計的PAM遞呈寡核苷酸（PAMmers），可以讓Cas9特異定向結合或切割RNA靶點，同時避開對應的DNA序列，還可利用它從細胞中分離出特異的內源性信使RNA。我們的研究結果揭示出了PAM結合與RCas9底物選擇之間的基本聯系，突顯了RCas9無需遺傳誘導標簽，在可編程RNA轉錄物識別方面的應用。”

　　從更安全、更有效的藥物，清潔、綠色、可再生燃料，到空氣、水及土地的凈化和恢復，遺傳工程細菌和其他的微生物有潛力生成一些有價值的商品及完成一些重要的服務。為了探索微生物的巨大潛力，科學家們必須要能夠精確地編輯它們的遺傳信息。

　　近年來，CRISPR/Cas復合物成為了實現這一功能的最有效的工具之一。CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, 規律成簇的間隔短回文重復)是細菌免疫系統的中心組成部分，其負責序列識別。RNA引導的Cas9酶則負責在特異的序列位點剪斷DNA鏈。

　　利用CRISPR和Cas9可精確編輯靶基因組中的DNA指令來生成所需的蛋白質類型。在特異的位置切割DNA可以除去舊的DNA指令和/或插入新指令。然而直到現在，人們都認為不能夠將Cas9用于將這些DNA指令譯為所需蛋白質的RNA分子。

　　Doudna研究組成員、論文主要作者Mitchell O'Connell說：“就像可以利用Cas9以一種序列特異性方式來切割或結合DNA一樣，RCas9可以一種序列特異性方式切割或結合RNA。

　　在早些時候的一項研究中Doudna和她的研究小組證實，Cas9之所以可能具有基因組編輯能力是因為PAM的存在，PAM標記出了切割的位點，并激活了Cas9酶的切割活性。在這項最新的研究中，Doudna、Mitchell和合作者們證實，以一種相似的方式PAMmers還可以促進對靶ssRNA的位點特異性內切核苷酸切割。他們利用來自化膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）的Cas9酶，針對一組靶RNA和DNA完成了各種體外切割實驗。

　　Doudna說：“盡管RNA干擾已被證實可用于操控某些生物體內的基因調控，我們仍抱著強烈的興趣開發出了RCas9這一基于核酸的RNA識別系統。現在我們清楚了RCas9的RNA識別分子基礎，就只需要設計并合成出一條匹配的導向RNA和互補PAMmer。”

　　研究人員想象著RCas9將具有廣泛的潛在應用。例如，將RCas9與一種蛋白質翻譯起始因子連接到一起靶向特異的mRNA，可以作為一種設計翻譯因子來“上調”或是“下調”由這一mRNA合成的蛋白質。

　　Mitchell 說：“將RCas9附著到一些小珠子上，可用來從細胞中分離出RNA或是天然的RNA-蛋白質復合物用于下游的分析或檢測。將RCsa9與選擇蛋白質結構域融合可以增加或是除去特異的內含子或外顯子，而將RCas9與熒光蛋白連接到一起還可用于觀察活細胞中的RNA定位和運輸。”