一種用來編輯基因組中DNA指令的強(qiáng)大科學(xué)工具現(xiàn)在也可以應(yīng)用于RNA。來自加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究人員小組，證實(shí)借助于一種方法可以編程CRISPR/Cas9蛋白復(fù)合物在序列特異性的靶位點(diǎn)識(shí)別并切割RNA。這一研究發(fā)現(xiàn)有可能改變RNA功能研究的模式，為檢測(cè)、分析和操控RNA轉(zhuǎn)錄物鋪平了道路。相關(guān)論文發(fā)表在9月28日的《自然》（Nature）雜志上。

由生物化學(xué)家、CRISPR/Cas9復(fù)合物研究權(quán)威人士Jennifer Doudna領(lǐng)導(dǎo)的這一研究小組，揭示出Cas9酶可與稱作為“PAM”（ protospacer adjacent motif）的短DNA序列共同作用，識(shí)別并結(jié)合到單鏈RNA(ssRNA)特異位點(diǎn)上。他們將這一RNA靶向性CRISPR/Cas9復(fù)合物命名為RCas9。

Doudna說：“利用專門設(shè)計(jì)的PAM遞呈寡核苷酸（PAMmers），可以讓Cas9特異定向結(jié)合或切割RNA靶點(diǎn)，同時(shí)避開對(duì)應(yīng)的DNA序列，還可利用它從細(xì)胞中分離出特異的內(nèi)源性信使RNA。我們的研究結(jié)果揭示出了PAM結(jié)合與RCas9底物選擇之間的基本聯(lián)系，突顯了RCas9無需遺傳誘導(dǎo)標(biāo)簽，在可編程RNA轉(zhuǎn)錄物識(shí)別方面的應(yīng)用。”

從更安全、更有效的藥物，清潔、綠色、可再生燃料，到空氣、水及土地的凈化和恢復(fù)，遺傳工程細(xì)菌和其他的微生物有潛力生成一些有價(jià)值的商品及完成一些重要的服務(wù)。為了探索微生物的巨大潛力，科學(xué)家們必須要能夠精確地編輯它們的遺傳信息。

近年來，CRISPR/Cas復(fù)合物成為了實(shí)現(xiàn)這一功能的最有效的工具之一。CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, 規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù))是細(xì)菌免疫系統(tǒng)的中心組成部分，其負(fù)責(zé)序列識(shí)別。RNA引導(dǎo)的Cas9酶則負(fù)責(zé)在特異的序列位點(diǎn)剪斷DNA鏈。

利用CRISPR和Cas9可精確編輯靶基因組中的DNA指令來生成所需的蛋白質(zhì)類型。在特異的位置切割DNA可以除去舊的DNA指令和/或插入新指令。然而直到現(xiàn)在，人們都認(rèn)為不能夠?qū)?span lang="EN-US">Cas9用于將這些DNA指令譯為所需蛋白質(zhì)的RNA分子。

Doudna研究組成員、論文主要作者Mitchell OConnell說：“就像可以利用Cas9以一種序列特異性方式來切割或結(jié)合DNA一樣，RCas9可以一種序列特異性方式切割或結(jié)合RNA。

在早些時(shí)候的一項(xiàng)研究中Doudna和她的研究小組證實(shí)，Cas9之所以可能具有基因組編輯能力是因?yàn)?span lang="EN-US">PAM的存在，PAM標(biāo)記出了切割的位點(diǎn)，并激活了Cas9酶的切割活性。在這項(xiàng)最新的研究中，Doudna、Mitchell和合作者們證實(shí)，以一種相似的方式PAMmers還可以促進(jìn)對(duì)靶ssRNA的位點(diǎn)特異性內(nèi)切核苷酸切割。他們利用來自化膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）的Cas9酶，針對(duì)一組靶RNA和DNA完成了各種體外切割實(shí)驗(yàn)。

Doudna說：“盡管RNA干擾已被證實(shí)可用于操控某些生物體內(nèi)的基因調(diào)控，我們?nèi)员е鴱?qiáng)烈的興趣開發(fā)出了RCas9這一基于核酸的RNA識(shí)別系統(tǒng)?，F(xiàn)在我們清楚了RCas9的RNA識(shí)別分子基礎(chǔ)，就只需要設(shè)計(jì)并合成出一條匹配的導(dǎo)向RNA和互補(bǔ)PAMmer。”

研究人員想象著RCas9將具有廣泛的潛在應(yīng)用。例如，將RCas9與一種蛋白質(zhì)翻譯起始因子連接到一起靶向特異的mRNA，可以作為一種設(shè)計(jì)翻譯因子來“上調(diào)”或是“下調(diào)”由這一mRNA合成的蛋白質(zhì)。

Mitchell 說：“將RCas9附著到一些小珠子上，可用來從細(xì)胞中分離出RNA或是天然的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物用于下游的分析或檢測(cè)。將RCsa9與選擇蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域融合可以增加或是除去特異的內(nèi)含子或外顯子，而將RCas9與熒光蛋白連接到一起還可用于觀察活細(xì)胞中的RNA定位和運(yùn)輸。”