重大进展:CRISPR-Cas9首次实现RNA编辑

来源:科学网 / 作者:孙学军 / 2016-03-21
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DNA是携带基因遗传密码的分子,因为遗传密码决定了机体的性状,如皮肤黑白,眼睛黑蓝,是遗传疾病的基础,也决定了某些疾病如高血压、糖尿病和癌症敏感性。科学家关注基因和遗传密码再自然不过,因此也必然首先希望对基因序列进行编辑,但是许多疾病并不是决定于DNA,而是决定于RNA分子,在细胞内,RNA分子不仅是传递遗传信息的载体,也是多种细胞功能实现的分子,最近几年对非信息RNA的信号效应研究已经是生物学领域的重要热点。那么可否用基因编辑的思路,对这些重要的RNA分子进行编辑,从而实现操作细胞功能甚至治疗疾病的目的。现在,来自加州大学圣地亚哥分校医学院的科学家已经实现了这一目标。他们正是采用最近超火爆的DNA编辑技术CRISPR-Cas9,对RNA进行了编辑,研究论文2016317日发表在国际著名学术期刊《细胞》。

论文资深作者,细胞与分子医学副教授Gene Yeo说,这是第一次实现了用CRISPR-Cas9技术对RNA进行了编辑的目的。目前的研究是将RNA转移到细胞内,将来的趋势是对细胞内的RNA进行修改,用于疾病的治疗等目的。

RNA到达何处,何时到达细胞内部位都会影响蛋白制造的过程,例如在神经联系中发挥重要作用的神经元突触蛋白,要在突触部位用信使RNA制造出来。RNA运输发生障碍和孤独症、癌症等存在密切关系,科学家需要各种方法对RNA的运输过程进行分析,并开发出纠正措施治疗这些疾病的方法。

编辑DNA序列纠正蛋白质分子的策略在过去几年取得了突飞猛进的进展,尤其是采用CRISPR-Cas9技术对各种动物和植物的基因序列进行非常方便地编辑,让基因编辑研究迅速称为生物医学最热门的领域。甚至对生物研究的伦理学都带来了冲击。

CRISPR-Cas9的工作模式是,科学家首先设计一个引导RNA,这个分子可以与目标分子进行配对结合,然后引导Cas9酶对特定位置进行切割,细胞可以对断裂的DNA进行精确修复,这样的结果是可以实现目标基因序列的编辑。科学家可以根据需要对目标基因进行突变灭活,也可以用另外的序列对目标序列进行替换,达到修复基因的目的,CRISPR-Cas9现在已经成为DNA编辑的标准方法。加州大学伯克利分校Yeo等应用这个技术开发出能对活细胞RNA进行编辑的方法,也称为RNA靶向Cas9,缩写为RCas9

为了实现靶向RNA,科学家对CRISPR-Cas9系统进行了许多修改。在伯克利同事Jennifer Doudna帮助下,他们设计了一种短核苷酸PAMmer,使引导RNA能将Cas9靶向目标RNA分子。为验证这个系统,Yeo小组对编码ACTBTFRCCCNA2蛋白的mRNA进行了编辑,然后他们对融合了荧光蛋白的Cas9进行观察,发现RNA进入应激蛋白颗粒,这种颗粒可在细胞受到应激时在细胞浆产生。应激颗粒与神经退行性疾病如脊髓侧索硬化等有关系。这个系统给他们提供了在活细胞内追踪RNA运输的工具,也可以进行各种干预手段的研究。

文章第一作者,加州大学圣地亚哥分校Yeo的研究生David Nelles说,CRISPR-Cas9可以对人类基因进行编辑,是基因编辑领域的革命。DNA是生命的信息基础,但是RNA是执行分子,与许多疾病存在直接关系,对RNA的改造将对用基因编辑进行疾病治疗带来更广阔的前景。

 

Explorefurther:New techniques improvespecificity of CRISPR/Cas9 genome editing tools

More information: Nelles et al.: "Programmable RNA tracking in Live Cellswith CRISPR/Cas9" Cell, dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.02.054

 

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