基因編輯工具CRISPR-Cas9現(xiàn)在可作為一種靈活、易使用的方法，靶向及追蹤活細(xì)胞中RNA的活動(dòng)。發(fā)布在3月17日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的這一新方法，有可能最終可用于研究廣泛的疾病相關(guān)RNA過(guò)程，及操控基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)行疾病建模。

論文的資深作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校的Gene Yeo說(shuō)：“我們才剛剛開(kāi)始利用CRISPR技術(shù)看到基因組工程改造的影響，但許多的疾病包括癌癥和自閉癥都與另一種基本生物學(xué)分子RNA出現(xiàn)問(wèn)題有關(guān)聯(lián)。未來(lái)這項(xiàng)研究工作的進(jìn)一步發(fā)展可以使研究人員能夠檢測(cè)RNA加工的其他特征，或支持一些治療方法來(lái)糾正致病RNA行為。”

其他一些改造蛋白質(zhì)來(lái)識(shí)別某些RNA序列的嘗試一直缺乏特異性，且需要完成耗費(fèi)勞力的程序操作。同時(shí)，稱(chēng)作為分子信標(biāo)（molecular beacon）的短核酸僅限于成像應(yīng)用，難于傳送到細(xì)胞中（熒光定量PCR選擇多 ）。稱(chēng)作核酸適配體（aptamer）的蛋白質(zhì)結(jié)合分子能夠在活細(xì)胞中追蹤RNA，但它們能夠識(shí)別的RNA序列數(shù)量有限。

為了克服這些方法的局限性。Yeo和他的研究小組轉(zhuǎn)而借助了CRISPR-Cas9，眾所周知這一技術(shù)能夠在各種生物中精確地編輯幾乎所有的目的基因組位點(diǎn)。CRISPR-Cas9技術(shù)的特異性依賴于單向?qū)?span lang="EN-US">RNA(sgRNA)，sgRNA與Cas9酶形成的一種復(fù)合物可在靶DNA序列中生成突變。在這項(xiàng)新研究中，研究人員從幾個(gè)方面改造了CRISPR-Cas9系統(tǒng)，優(yōu)化它用于RNA追蹤。

一種關(guān)鍵改造的靈感來(lái)自共同作者、加州大學(xué)伯克利分校Jennifer Doudna實(shí)驗(yàn)室過(guò)去的研究。2014年Doudna實(shí)驗(yàn)室的成員就曾經(jīng)重新改造過(guò)釀膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）Cas9在試管中結(jié)合并切割RNA（Nature發(fā)布CRISPR重大突破：可編程的RNA編輯工具 ）。Doudna研究小組還鑒別出了另一種由嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus）生成的RNA靶向Cas酶。

基于Doudna的研究發(fā)現(xiàn)，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種叫做PAMmer的獨(dú)特短核酸，使得Cas9能夠在不損傷靶分子的情況下有效地識(shí)別RNA而非DNA。他們還利用了一種無(wú)催化活性的Cas9酶避免了切割轉(zhuǎn)錄組，并用一種熒光蛋白標(biāo)記Cas9在顯微鏡下監(jiān)測(cè)了RNA的活動(dòng)。最后，他們利用一種優(yōu)化的sgRNA改善了靶向RNA的效率。通過(guò)這些改造，這一技術(shù)能夠在活細(xì)胞中追蹤RNA，且不會(huì)改變RNA的豐度或翻譯蛋白的量。

研究人員證實(shí)，他們的方法可用于追蹤人類(lèi)細(xì)胞中響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激的RNA活動(dòng)。他們能夠顯像在應(yīng)激顆粒（stress granule）中累積的特異RNA分子。應(yīng)激顆粒是響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激由蛋白質(zhì)與RNA組裝而成的胞質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)，其與諸如肌萎縮側(cè)索硬化癥等神經(jīng)退行性疾病有關(guān)聯(lián)。

當(dāng)前，Yeo和他的研究小組正在探索除RNA定位外，RNA靶向Cas9改變和檢測(cè)RNA加工其他特征的能力。未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展這種方法可以闡明與癌癥和脊髓性肌肉萎縮癥等神經(jīng)退行性疾病，及脆性X染色體綜合征等神經(jīng)發(fā)育疾病相關(guān)的功能失調(diào)的RNA過(guò)程。

論文的第一作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校的David Nelles 說(shuō)：“這一技術(shù)的一個(gè)潛在應(yīng)用就是隨時(shí)間推移在病變神經(jīng)元中追蹤RNA運(yùn)輸，以鑒別出這些疾病的分子特征，支持開(kāi)發(fā)出一些療法。正如CRISPR-Cas9使得所有使用基礎(chǔ)設(shè)備的科學(xué)家都能夠?qū)崿F(xiàn)遺傳工程操縱一樣，RNA靶向Cas9可以支持無(wú)數(shù)其他的努力來(lái)研究RNA加工在疾病中的作用，或鑒別出逆轉(zhuǎn)RNA加工缺陷的藥物。”