最新重大科技突破│张峰团队首次利用CRISPR技术实现精确RNA编辑

作者: Broad Institute

来源: DeepTech深科技

发布日期: 2016-06-08

张峰团队首次成功将CRISPR技术应用于RNA编辑,相比于之前的DNA编辑,直接编辑RNA的好处在于可以实现对细胞基因表达的暂时性操控。这一新方法有望开辟一条操纵细胞的强大路径,并比现有的RNA干扰手段更精准实用。

以张峰为核心的研究团队近日在《科学》杂志发表了他们的重大研究成果,首次成功将CRISPR应用于RNA编辑,在这之前,此项技术只能用于DNA。相比于之前常用的小干扰RNA (small interfering RNA or siRNA)技术,CRISPR技术拥有精度高,应用范围广的优势。而相对于之前的DNA编辑,直接编辑RNA的好处在于可以实现对细胞基因表达的暂时性操控。

近日,麻省理工学院、麻省理工学院-哈佛博德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)连同美国国立卫生研究院(NIH)、罗格斯大学(Rutgers University)以及斯科尔科沃科技学院(Skolkovo Institute of Science and Technology)的科学家们共同研究发现了一种以RNA为靶向目标的CRISPR系统,在过去,这个系统只能应用于DNA。

这一新方法有望开辟一条操纵细胞的强大路径。DNA编辑会永久性改变细胞的基因组,而基于CRISPR的RNA编辑使可调节的、暂时性改变成为可能,并比现有的RNA干扰手段(RNA interference)更精准实用。

麻省理工学院的张峰(Feng Zhang)、美国国立卫生研究院的尤金•库宁(Eugene Koonin)同隶属罗格斯大学与斯科尔科沃科技学院的康斯坦丁•斯弗瑞诺夫(Konstantin Severinov)连同他们的同事们在6月3日的《Science》中共同发表了关于C2c2的鉴定和功能性表征的研究。C2c2是一种由RNA介导,能定向降解RNA的酶。

早在2015年10月,同一组科学家就发现了C2c2:首个天然的仅以RNA为靶向目标的CRISPR系统。最新的研究表明C2c2帮助细菌抵御病毒感染。作者团队进一步证实C2c2可被用于切断细菌细胞内特定的RNA序列。这一功能很可能使它成为重要的分子生物学工具。

专攻RNA的C2c2与专攻DNA的CRISPR-Cas9相得益彰。DNA是细胞身份与功能的基因组蓝图;RNA帮助实现基因组指令。C2c2仅以RNA为靶向目标的特点,能精准而大规模地操纵RNA,更广泛地调控基因功能,有望加快疾病认知、治疗和预防的进程。

该篇Science论文的高级作者张峰(Feng Zhang)是博德研究所的核心成员、麻省理工学院麦克戈文脑研究所(McGovern Institute for Brain Research at MIT)的首席科学家、同时也是麻省理工脑与认知科学系(MIT’s Department of Brain and Cognitive Sciences)的副教授,他说:“C2c2将开启CRISPR工具系统的全新领域,” “C2c2有无限多的可能性。

我们非常高兴能把它开发成为一个为生科研究和医学服务的平台。”

另一位高级作者、美国国立卫生研究院进化基因组学团队(Evolutionary Genomics Group)的负责人尤金·库宁(Eugene Koonin)表示: “对C2c2的研究揭示了一种全新的细菌防御机制。这一机制的应用前景将十分惊人。”

小干扰RNA(small interfering RNA or siRNA) 是目前最常用的基因敲减技术(gene knockdown)。据作者团队介绍,相比于小干扰RNA,基于C2c2的RNA编辑技术更加精确,应用也更广,比如:通过在特定的RNA序列上添加元件(modules)来调节RNA的翻译功能(从DNA转录后,RNA被翻译为蛋白质),用于大规模筛检,构建合成的调控网络。

利用C2c2荧光标记RNA,以研究它们的运输和亚细胞定位。

在他们的研究中,作者团队利用C2c2准确移除了特定的RNA序列,并降低了对应蛋白质的表达水平。这表明C2c2可以替代小干扰RNA(Small interfering RNA or siRNA),与同样精确简易的CRISPR DNA编辑互补,使科学家们能够利用RNA实现可调节的基因“敲减”。

C2c2有以下适宜被发展为工具的优势:C2c2是一个双组分系统,仅需一个单导向RNA(single guide RNA)就能运作;C2c2可被基因编码:必要的组成部分能够被合成为DNA来传送到组织和细胞中去。

张峰实验室(Zhang Lab) 的研究生、该论文的共同第一作者(co-first author)奥玛尔·阿布达耶(Omar Abudayyeh)说:“C2c2对我们影响巨大,很有可能改变我们对RNA在疾病和细胞功能中所起作用的认知。”

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