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Jennifer Doudna最新研究:基于CRISPR的新型RNA敲低工具问世

行业新闻 2024-06-28

  Z6尊龙app最新版本下载官网结果表明,Cas13 处理的细胞,其增殖能力显著下降,而 Csm 或 shRNA 处理的细胞,其增殖能力则不受影响。

  在不对 DNA 造成永久改变的情况下,改变细胞和生物体中 RNA 和蛋白质的水平对基础和医学研究具有重要意义。 在过去的20年里,研究者们已经成功利用RNA 干扰(RNAi) 技术实现了真核生物中的靶向 RNA 敲低。这种技术利用小干扰RNA (siRNA) 引导内源性核酸酶切割携带互补序列的靶向 RNA。然而,RNAi 技术存在着一些固有的局限性。例如,RNAi 可能会意外切割具有部分互补序列的靶标。此外,siRNA 在靶向细胞核RNA方面效率不高,因为 RNAi 机制主要存在于细胞质中。 CRISPR-Cas 技术可以作为 RNA 敲低的另一个选择。与 RNAi 类似,Cas 核酸酶利用小RNA (crRNAs) 通过碱基互补配对来识别核酸目标。但是,与 RNAi 引导的内源性核酸酶不同,Cas 核酸酶不仅仅顺式切割互补 RNA,同时也会反式降解附近的非互补 RNA。

  已有学者基于 Cas13 的反式切割活性开发出了病毒 RNA 检测工具。然而,近期研究表明Cas13 在真核细胞中的反式切割活性会导致细胞毒性或细胞死亡。

  由于现有方法的低效和不精确,目前很难在哺乳动物细胞中实现可靠和精准的 RNA 敲低。因此,研究人员致力于开发具有更高特异性和更广泛靶向能力的新型 RNA 敲低工具。CRISPR-Csm 就是其中的一个重要尝试

  CRISPR-Csm 来自原核生物的III型 CRISPR 免疫系统,同时具有目标RNA依赖的脱氧核糖核酸酶(DNase)和环寡腺苷酸 (cOA)合成酶活性。与 RNAi 不同,Csm 可以定位到细胞核,可用于靶向非编码 RNA 和前体 mRNA。与 Cas13 相比,Csm 也具有其特有的优势,因为 Csm 仅在 crRNA 标靶互补区产生顺式切割,而不发生反式切割事件,从而避免了 Cas13 可能导致的细胞毒性或细胞死亡。

  结果显示,与非靶向的 crRNA 对照组相比,实验组 crRNA 实现了对全部11个 RNA 靶点的分别敲低,且效率均在90%以上,最高可达99%。这表明Csm 是一个高度稳定且高效的 RNA 敲低工具,可以对细胞质 RNA 和细胞核 RNA 都实现精确敲低。

  随后,研究人员进行了 RNA 测序,以检查 Csm 介导的敲低在细胞中的潜在脱靶效应。相比于未处理样本,Csm 处理的样本在目标转录本上实现了显著敲低,同时几乎未产生其他差异表达的基因。相比之下,Cas13 处理的样本在实现显著敲低的同时会产生数以千计的差异表达的脱靶基因。另外,RNAi(shRNA)处理的样本虽然差异表达的脱靶基因较少,但是其对细胞核 RNA(例如MALAT1)的敲低效果却欠佳。这表明 Csm 是三种 RNA 敲低方式中的最优选择。

  为了验证三种敲低方式产生的细胞毒性,研究人员分别用 Csm、Cas13 或 shRNA 构建转染细胞后,使用 WST-1 检测细胞在一段时间内的增殖能力。结果表明,Cas13 处理的细胞,其增殖能力显著下降,而 Csm 或 shRNA 处理的细胞,其增殖能力则不受影响。

  综合本研究的各项实验结果,不难发现Csm 介导的 RNA 敲低兼具 Cas13 和 shRNA 策略的优点:同时拥有 Cas13 稳健的敲低和细胞核靶向能力,以及 shRNA 的最小的脱靶和细胞毒性。利用 CRISPR-Csm,研究人员在人类细胞中实现了高效的 RNA 敲低 (90%-99%),证实了多蛋白 CRISPR-Cas 效应子复合物作为真核生物RNA靶向工具的可行性和有效性。