编辑RNA扩展了CRISPR远远超出遗传病的用途

CRISPR的进展如此频繁，以至于难以跟踪。

在短短几年内，它从一个漂亮的基因组单词编辑器演变为一个全面的生物瑞士军刀。有经典的关闭 – 那个错误的基因版本。有改变和替换单DNA字母版本。甚至还有衍生物可以添加基因，编辑一堆基因，或者不可逆转地改变整个物种的遗传信息。

但在您睁大眼睛之前：这个新的升级系列根本不同。

麻省理工学院的一个研究小组不再针对DNA，而是重新利用CRISPR来编辑RNA中的单个字母，这些信使将DNA信息传递给细胞的蛋白质构建部分。没有RNA，DNA的大部分编码都没有实际意义：它类似于编写软件代码页面，只能将其编译成可执行程序。

这项工作由传奇的张峰博士领导，他是第一个在哺乳动物细胞中实现CRISPR强大编辑能力的人之一。该工具RESCUE建立在张先生之前尝试使用CRISPR精确地将一个RNA字母换成另一个RNA字母的基础上 – 已被外界专家誉为“巡回演出”。

但是，这次编辑是多路复用的。 RESCUE可以同时交易所两个字母对，使可被中和的RNA翻译的致病突变数量翻倍。更有价值的是，该工具可以从根本上改变我们细胞中的分子传递信息的方式，放大或暂时阻断 – 告诉癌细胞生长的精细无定形“电话线”，或神经元从阿尔茨海默氏症和其他疾病中消失。

“为了治疗引起疾病的遗传变化的多样性，我们需要一系列精确的技术可供选择……我们能够填补工具箱中的一个关键缺口，”张说。

RNA：生物医学的前沿

张的结果很整洁 – 但它们不是外卖。为了理解它们的重要性，它有助于更​​广泛地了解科学家为什么渴望首先靶向RNA。

将RNA视为DNA的CliffsNotesversion。当基因需要听到它的信息时，它会招募一组中间人，从头开始快速构建短的三叶草形RNA链，忠实地包含基因中的所有“编码”信息以制造蛋白质。与DNA类似，RNA也有四个字母-A，G，C和U，其作用类似于DNA的T-以特定的成对方式与DNA结合。 RNA中的三个字母组合形成一个字典，主要编码不同的蛋白质;偶尔它意味着“停止。”总之，共有64种RNA三联体组合产生20种不同的蛋白质，形成生命基本代码的第二种形式。

近二十年前，RNA作为一种控制基因表达的方式飙升，去年，FDA最终批准了第一种RNA靶向基因沉默药物。然而，尽管DNA聚焦的CRISPR爆炸式增长，但由于三个主要原因，靶向RNA从不会失去蒸汽。

一，这是不承诺基因治疗的替代方案。由于RNA迅速再生，编辑中的任何错误都会在数小时内消失，使科学家能够快速扫描另一种替代方案。

第二，它在不增加风险的情况下实现与基因组编辑相同的结果。没有编辑基因组 – 正如我们在CRISPR婴儿中看到的那样，它可能非常错误 – 没有引发永久性癌症突变或其他终生副作用的风险。

三，靶向RNA可以改变蛋白质上对其功能至关重要的热点。不要用太多的生物化学来压倒你，但蛋白质通常通过添加或删除某些化学基团来“互相交谈”。这就像是在酒店房间门口竖起或取消“请勿打扰”的标志 – 小区的工作人员将知道是否继续他们的任务。这是巨大的。

生命在这些迹象上运行：中风后脑细胞应该死亡吗？神经元是否会形成蛋白质团块，进一步引发神经变性？癌细胞应该继续分裂吗？这些化学标志是治疗各种疾病的金矿。 RNA编辑CRISPR是一种简单，强大且有效的方法，可以打开它们进行干预。

维修和救援

早在2017年底，张的团队描述了第一个将RNA剪成碎片的CRISPR替代品，同时破坏了分子中携带的任何遗传信息。仅仅一个月后，他们推出了第一个RNA碱基编辑工具：REPAIR，一种CRISPR变体，它将字母“A”精确地改为人工形式的“G”。

在人类中，G-to-A突变非常常见，涉及健康状况，如癫痫，帕金森病和杜氏肌营养不良症。新工具将这些突变重新变成了仁慈的形式，同时只留下困扰区域周围的字母。

为了建立REPAIR，该团队将两个部分组合在一起，就像一个分子伙伴警察标签团队。一种是Cas13，一种CRISPR家族“剪刀”蛋白，喜欢切割RNA而不是DNA。该团队制作了一个绝对版本，剥离了切割能力的蛋白质，但保留了抓住特定RNA序列的能力。然后，他们将Cas13突变体与ADAR2化学连接，ADAR2是一种强制A到I的蛋白质字处理器。一起，失活的Cas13捕获RNA中的靶序列，ADAR2交易所字母。

新系统RESCUE使用REPAIR作为其模板。通过分析ADAR2的结构，该团队进行了一些有根据的猜测，逐步改变其活性，使蛋白质学会在RNA分子中将“C”转变为“U”。他们使用一种称为定向进化的过程，在酵母细胞中筛选了16轮RESCUE构建体，直到发现其中一种编辑效率高达80％。使用24种临床相关突变合成RNA进行的快速检测发现编辑熟练程度约为40％（但是，低至个位数）。进一步优化可将目标命中率降低至100左右，而不会破坏目标能力

在培养的人类细胞中，研究小组发现他们可以使用RESCUE有效地改变细胞的“请勿打扰”分子标志。在一个案例中，该团队能够促进细胞生长，类似于在前列腺癌和其他癌症中看到的过程。该团队解释说，另一个有趣的目标是APOE2，这增加了阿尔茨海默氏症的风险。从理论上讲，RESCUE可以改变RNA转录本，使其类似于更具脑保护的版本，从而有可能在不改变大脑遗传特征的情况下帮助有风险的个体。

RNA未来

RESCUE将RNA编辑的主要特征与CRISPR的强度和资源相结合，将生物医学中最有前途的两种方法连接到一个工具中。与DNA靶向CRISPR相比，它最终可以将“不可挽回的”分子靶标放在触手可及的范围内。

公平地说，RESCUE的功效和特异性需要多年的修修补补才能被临床使用。并且由于RNA再生，编辑效果是暂时的，如果抵消终身遗传疾病可能会成为问题。但对某些人来说，这是一个特征，而不是一个错误 – 它使该工具对炎症，中风或传染病这些只需要简单治疗的临时病症有用。

“CRISPR系统对RNA的应用正在升温，”加州大学圣地亚哥分校的Gene Yeo博士说，他为一家初创公司提供资金，该公司使用CRISPR靶向和切割RNA，用于治疗亨廷顿病等无法治愈的病症。他之前的努力设计了Cas9变体，这些变体使DNA单独存在，同时破坏毒性RNA的增持，从而阻止神经变性的进展。

“RNA靶向具有许多优点，我认为这将会增长得更多，因为你可以对RNA做更多的事情而不是DNA，”Yeo说。

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