深圳子科生物報(bào)道：基于CRISPR的遺傳篩選已幫助研究人員鑒定了許多疾病的關(guān)鍵基因，包括鐮狀細(xì)胞性貧血、癌癥免疫療法和肺癌轉(zhuǎn)移等。然而，這些遺傳篩選的范圍很有限，因?yàn)樗鼈冎荒芫庉嫽虬邢駾NA。對(duì)于人類基因組的許多區(qū)域，靶向DNA可能無(wú)效；對(duì)于其他生物（比如冠狀病毒或流感病毒），現(xiàn)有的CRISPR篩選也無(wú)法起作用。

紐約基因組中心和紐約大學(xué)Neville Sanjana博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)近日開發(fā)出一種靶向RNA的新型CRISPR篩選技術(shù)。他們利用最近鑒定出的Cas13酶，設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)化平臺(tái)，能夠在RNA水平上對(duì)人類細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模的遺傳篩選。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)表在《Nature Biotechnology 》雜志上，有助于了解RNA調(diào)控的各個(gè)方面，并確定非編碼RNA的功能。

利用人類RNA轉(zhuǎn)錄本上數(shù)千個(gè)不同位點(diǎn)，研究人員開發(fā)出一種機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)模型，能夠幫助人們鑒定出最有效的Cas13向?qū)NA?，F(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)向研究界免費(fèi)開放，可預(yù)測(cè)特定RNA靶點(diǎn)的向?qū)NA效率，并提供所有人類編碼基因的預(yù)設(shè)計(jì)向?qū)NA。

資深作者Sanjana博士說：“我們預(yù)計(jì)，靶向RNA的Cas13酶有望對(duì)分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，但目前對(duì)向?qū)NA的設(shè)計(jì)還知之甚少。我們打算通過深入而系統(tǒng)的研究來改變這一點(diǎn)，開發(fā)出預(yù)測(cè)模型來實(shí)現(xiàn)最有效的向?qū)NA設(shè)計(jì)?！?/p>

Cas13酶是IV型CRISPR酶。與Cas9的不同在于，Cas13d結(jié)合并切割RNA，而Cas9切割DNA。Cas13酶的平均長(zhǎng)度為930個(gè)氨基酸，比其他Cas13酶小20%，比Cas9更是小33%。在向?qū)NA的引導(dǎo)下，它能夠敲低RNA而不改變基因組。這種特性使Cas13有望成為潛在治療劑，在不永久改變基因組序列的情況下影響基因表達(dá)。

研究人員開發(fā)出一套基于Cas13的新工具，并在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中開展了轉(zhuǎn)錄本平鋪和排列篩選。他們總共收集了24,000多個(gè)向?qū)NA的信息?！拔覀?cè)诙鄠€(gè)不同轉(zhuǎn)錄本上平鋪了向?qū)NA，包括一些人類基因，我們可以通過抗體染色和流式細(xì)胞術(shù)來輕松測(cè)定轉(zhuǎn)錄本的敲低，”第一作者Hans-Hermann Wessels表示。

通過這些研究，他們了解到向?qū)NA的哪些區(qū)域?qū)δ繕?biāo)RNA的識(shí)別特別重要。他們使用了與目標(biāo)RNA有1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)堿基錯(cuò)配的向?qū)NA，鑒定出一個(gè)關(guān)鍵的“種子”區(qū)域，此區(qū)域?qū)τ贑RISPR向?qū)c目標(biāo)之間的錯(cuò)配非常敏感。這個(gè)結(jié)果可幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)向?qū)NA，以避免脫靶效應(yīng)，提高Cas13靶向的特異性。

研究小組最近利用他們的向?qū)NA預(yù)測(cè)模型來分析最近肆虐的新型冠狀病毒SARS-CoV-2。對(duì)于這種RNA病毒，研究人員利用他們的模型鑒定出最佳的向?qū)NA，有望應(yīng)用于未來的檢測(cè)和治療。

原文檢索

Wessels, H., Méndez-Mancilla, A., Guo, X. et al. Massively parallel Cas13 screens reveal principles for guide RNA design. Nat Biotechnol (2020).