张锋10月连发Science，Nature文章：CRISPR下一个技术趋势—RNA编辑
【字体： 大 中 小 】 时间：2017年10月27日 来源：生物通
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10月25日Science发表了CRISPR技术先驱张锋研究组的最新成果：RNA editing with CRISPR-Cas13，咋一看这个标题还以为是张锋一稿多投（：P），因为实在是与本月初他们研究组发表在Nature的论文标题太像了（Nature论文：RNA targeting with CRISPR–Cas13）。这两篇论文聚焦的都是CRISPR的另外一大技术应用：RNA靶向编辑。
生物通报道：10月25日Science发表了CRISPR技术先驱张锋研究组的最新成果：RNA editing with CRISPR-Cas13，咋一看这个标题还以为是张锋一稿多投（：P），因为实在是与本月初他们研究组发表在Nature的论文标题太像了（Nature论文：RNA targeting with CRISPR–Cas13）。这两篇论文聚焦的都是CRISPR的另外一大技术应用：RNA靶向编辑。
将RNA编辑酶融合到靶向RNA的Cas蛋白中，这样研究人员就能编辑人体细胞中特定的核苷酸了，张锋研究组将这种方法称为RNA Editing for Programmable A-to-I replacement (REPAIR), 这一技术不仅可以用作研究工具，而且可作为由突变引发的疾病的临时治疗方法。
来自哈佛大学的化学生物学家David Liu（未参与该项研究）点评道：“这项工作是一个非常有成效，令人令人印象深刻的研究成果，它提出了编辑RNA转录本。从而以编程的方式改变其编码的潜力可能性。对于通过靶标RNA序列的暂时变化达到最好解决问题的应用，这种方法具有很强的潜力”。在同期Nature杂志上，Liu也报道了一种类似的编辑DNA特异性核苷酸的方法（见：）。
靶向RNA
CRISPR这一明星技术在基因组DNA编辑方面发挥了许多重要的作用，虽然其主要应用于DNA，但一些新的研究已将它的范围扩展至RNA编辑。去年Nature Methods评选出的年度技术中就有将革命性的CRISPR基因编辑技术用来靶向RNA，其中的一大进展就是麻省理工张锋研究组关于能够靶向和降解RNA的一种RNA引导酶——C2c2（也被称为Cas13a）功能特征的研究。
在此基础上，张锋研究组在10月5日Nature杂志上又公布一项成果，证实了切割RNA的Cas13a酶能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。并指出这种方法比RNA干扰（RNAi）的效率更高，能被用于抑制细胞RNA靶标，结合和富集感兴趣的RNA，以及通过序列特异结合对细胞内的RNA进行成像。
研究人员发现切割RNA的Cas13a酶，能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。而且他们也指出与在细菌中不同的是，Cas13a在人细胞系中，仅仅只是靶向gRNA指定的RNA，细胞中所有其它的RNA保持完整。他们分离得到了Leptotrichia wadei的Cas13a酶，构建出了一种双质粒RNA靶向CRISPR系统，这一系统能在不同的质粒上表达导向RNA（gRNA）和Cas13a基因，其中Cas13a基因含有一种经过改造的核定位序列。在人细胞系中，这种CRISPR-Cas13a系统能高效地切割报告质粒中转录的RNA和三种内源性基因转录的RNA。
在CRISPR出现之前，RNAi是调节基因表达的理想方法。但是Cas13a一大优势就在于其具有更强的特异性，而且这种本身来自细菌的系统对哺乳动物细胞来说，并不是内源性的，因此不太可能干扰细胞中天然的转录。相反，RNAi利用内源性机制进行基因敲除，对本身的影响较大。
RNA编辑
虽然人体很多疾病是来自于DNA，但是由于基因承载着生命最根源的信息，因此直接对DNA进行编辑会出现安全和伦理上的问题。而RNA编辑却不同，通过编辑RNA能暂时性的纠正DNA翻译的信息，让蛋白质接收到正确的信息，达到治疗的效果，这可能是更加有效的一种临床应用方式。
在这项最新研究中，张锋研究组的一名成员Omar Abudayyeh就对此产生了兴趣，他提出了问题：“我们还能利用Cas13酶做什么？”他的一个想法是通过蛋白质的RNA靶向能力来召集RNA编辑酶，从而能在特定部位进行确定的核苷酸编辑。
RNA编辑是转录进程中的一种形式，其中涉及核苷酸替换的酶调控。最主要的RNA编辑是A(adenosine)-to-I(Inosine) 的修饰，这个过程受到蛋白酶ADAR（adenosine deaminases that act on RNA )的催化调控。
张锋研究组构建了一种新型融合蛋白，即将ADAR的催化结构域和Cas13b的一个催化内含子拼接在一起，这一蛋白具有靶向人体细胞中任何靶标RNA的能力，张锋等人将其称为REPAIR。REPAIR具有安全性和灵活性两大特征，无需修改基因组就能修复突变，而且RNA会自动降解，因此对它的修改或是可逆的。
罗切斯特大学的RNA生物学家Mitchell O'Connell（未参与该项研究）表示，“在治疗上，对于某些遗传疾病，编辑基因组，永久性地固定一种突变也许更合适，但对于需要基因表达短期变化的疾病来说，RNA编辑可能更有效。”
在此基础上，研究人员还对REPAIR进行了优化，令其在转录组中可检测到的脱靶次数从1.8万次降至20次。这一编辑器对靶标RNA的编辑效率为20%-40%，最高甚至可以达到51%。
为了验证REPAIR的作用，研究人员将其应用于恢复两种疾病相关的G-A突变，一种是糖尿病，另一种是Fanconi贫血症。他们将REPAIR引入到细胞中，结果证实REPAIR可以在RNA水平上修复致病突变。
目前研究人员还在进一步探索这一工具的使用，来自美国国家生物技术信息中心的计算生物学家Eugene Koonin（未参与该项研究）表示，“这篇文章只是一个开端，”Cas13b可能可以融合到多种编辑酶上，这些酶也许能用于一系列不同的序列变化。
（生物通：张迪）
原文标题：
RNA editing with CRISPR-Cas13
RNA targeting with CRISPR–Cas13
