图片来源：Cell（DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.033）
3月15日，发表在Cell杂志上题为“Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors”的研究中，Salk研究所的Patrick D. Hsu博士带领团队，开发出了一种新的靶向RNA的基因魔剪——CasRx，并用它纠正了来自痴呆患者的细胞中的蛋白质失衡，使它们恢复到了健康水平。
从DNA到RNA
CRISPRs实际上是细菌的免疫系统，包含多种防御酶，如大家熟知的Cas9。基于Cas9，科学家们已经开发出了靶向DNA的基因编辑工具。
Hsu博士说：“CRISPR已经彻底改变了基因组工程（genome engineering），而我们希望，能够将这一工具所能靶向的目标，从DNA，扩展到RNA。”
研究人员解释道，一个给定的RNA信息能够在不同的水平表达，它相对于其他RNA的平衡对健康的功能至关重要。此外，RNA能够通过多种方式被剪接，以产生不同的蛋白质；而剪接过程出现问题会导致疾病的发生，如脊髓性肌萎缩，非典型囊性纤维化和额颞痴呆（frontotemporal dementia，FTD）。因此，靶向“毒性RNAs”或“错误剪接产生的RNA”的药物，有望对患这些毁灭性疾病的患者产生改变一生的影响。
From left: Peter Lotfy, Silvana Konermann, Patrick Hsu, Jennifer Oki and Nicholas Brideau（图片来源：Salk Institute ）
最佳版本——CasRx
基于这样的背景，Hsu博士等决定继续搜索细菌基因组，以寻找能够靶向RNA的新CRISPR酶。
论文的第一作者Silvana Konermann博士说：“开始这个项目时，我们有这样一个假设，即，在细菌与其入侵病毒的竞赛中，不同的CRISPR系统可能具有专有的功能，包括能够靶向病毒RNA。”
研究中，科学家们开发了一个计算程序来搜索细菌的DNA数据库，以寻找CRISPR系统的信号：特定的重复DNA序列。在此过程中，他们发现了一个靶向RNA的CRISPR酶家族——Cas13d。
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不过，研究小组意识到，就像Cas9家族一样，来自不同种细菌的Cas13d酶，其活性也会有所不同，于是继续搜索，以期找到能够用于人类细胞的最佳版本的Cas13d酶。最终，科学家们发现，来自肠道细菌Ruminococcus flavefaciens XPD3002的Cas13d酶是他们想要的，并将其命名为CasRx。
CasRx (magenta) targeting RNA in the nucleus of human cells (gray). （图片来源：Salk Institute ）
有效率达80%
与靶向RNA的其他技术相比，CasRx是独特的，因为它尺寸小（使得它更容易被装入治疗相关的病毒载体）、有效性高，且与RNA干扰相比，没有产生明显的脱靶效应。
在神经退行性疾病FTD中，两种版本tau蛋白的比率在神经元中失去了平衡。在该研究中，科学家们基因工程改造了CasRx，使其靶向过表达的tau蛋白对应的RNA序列。他们将CasRx包装进一个病毒中，然后递送到由FTD患者的干细胞发育成的神经元中。结果显示，CasRx调整tau蛋白到健康水平的效率达到80%。
这些结果让Hsu博士等感到非常兴奋。他说：“大自然充满了如此多的秘密，它真的是发明新技术的丰富资源。”
与张锋有关
根据Hsu Lab官网的介绍，Hsu博士曾在Broad研究所与张锋一起工作，为CRISPR-Cas9技术用于有效、精准编辑真核細胞的早期发展做出了贡献；同时，他也是张锋与人联合创办的Editas Medicine的Lead Scientist，推动了这些基因编辑技术用于人类遗传性疾病的治疗。
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除Hsu博士外，前文提到的Konermann博士也曾与张锋共事。她是张锋2016年发表的一篇关键Science论文（上图）的共同作者。这篇论文首次描述一种靶向RNA的CRISPR酶——C2c2（现在被称为 Cas13a）。论文发表后，Cas13a很快成了CRISPR圈的“新宠”。截止目前，科学家们已经发表了关于Cas13a的多项突破成果，包括不久前探索君介绍过的升级版诊断工具——SHERLOCK（详细：张锋最新Science！CRISPR新功能升级，可用于肿瘤DNA等多种核酸检测）。
对于最新发现的、靶向RNA的CasRx酶，Hsu博士团队也充满了期待。他们认为，CasRx具有基因工程改造RNA和蛋白质的巨大潜能，它的诞生为研究人员开发新型基因疗法以及调查基础生物学功能提供了强有力的方法。我们期待，这一魔剪家族的新成员能够进一步绽放它的光彩。
参考资料：
CRISPR genetic editing takes another big step forward, targeting RNA
