作者:Arshad Desai 来源:《细胞》 发布时间:2016/6/21 22:49:24
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基因“剪刀”刀指RNA
旨在研究其在疾病中扮演的角色

CRISPR-Cas9 基因编辑技术已被改进用于靶向RNA。图片来源:Molekuul/SPL/Getty

发现了剪断基因的分子“剪刀”的研究人员,如今开发出用于靶向并剪切RNA的类似方法。新的剪切工具应当能帮助研究人员更好地理解RNA在细胞和疾病中的作用。一些人认为,它或许有一天可用于治疗从亨廷顿氏舞蹈症到心脏病的诸多疾病。

为研发针对这一过程的“刀片”,来自美国布罗德研究所的张锋领导研究人员利用了CRISPR(成簇的、规律间隔的短回文重复序列),即细菌进化出的用于对抗病原体的系统。CRISPR此前被用于编辑DNA,但理论上其对RNA也应该有效。

这些日前发表于《科学》杂志的最新发现系统探索了保护细菌的自然防御系统的不同方面,并且或许最终可用来帮助人类。“大自然早已发明了所有这些真正有趣的机制。”张锋将自己比作一名探宝者。他说:“我们只是努力参与并了解它们是如何工作的,然后将其变成对我们有用的工具。”

张锋表示,这篇新论文将不会影响正在进行的关于谁拥有CRISPR-Cas9基因编辑方法的专利纠纷。他的团队首次在哺乳动物细胞中使用了CRISPR-Cas9。由加州大学伯克利分校研究人员Jennifer Doudna领导的另一个团队和法国研究人员Emmanuelle Charpentier首次发表了CRISPR-Cas9,并证实其在病菌中的活性。

颇具讽刺意味的是,Doudna是一篇今年3月发表于《细胞》杂志、利用CRISPR-Cas9在哺乳动物细胞中剪切RNA的论文的共同作者,而张锋的最新论文聚焦的是细菌。两种RNA操控方法或许在接近相同目的上是互补的,又或者事实可能证明一种比另一种更加有效。在日前的采访中,每个团队均表扬了另一团队的工作,同时赞美了各自方法的优势。

张锋介绍说,他的最新方法——利用C2c2酶靶向RNA——依赖于现有的自然系统,因此可能比要求更多操控的方法更加有效。发表于《细胞》杂志的上述论文通讯作者Gene Yeo表示,他同Doudna和张锋均有过合作,并且将最新论文视为驱动科学发展的一种“友好竞争”的延续。“很多研究组之间总是存在一些竞争,包括我自己的研究组。”他说,“我认为,科学上的竞争是有益的。人们往往会拓展更多边界。”

尽管Yeo指出,研究尚未证实C2c2系统在哺乳动物细胞中发挥作用,但张锋表示,尚未发表的结果让他在这一点上保持着乐观态度。

身为加州大学圣地亚哥分校细胞和分子医学教授的Yeo认为,在人类身上进行测试之前,两种靶向RNA的方法都还有很长的路要走,但前景就在那里。同时,靶向RNA可能还提供了关于RNA中的改变如何导致生物学变化和疾病发展的最新见解。“我认为,大量的此类工具将让我们得以监控并研究RNA。”Yeo表示,“这帮助我们不仅将RNA视为DNA和蛋白之间的中间分子,还将其视为治疗疾病和发育问题的工具。”

基因包含产生单链RNA的双链DNA,而单链RNA又反过来产生生命所需的蛋白。很多疾病源自蛋白过多或过少。理论上,作用于RNA能帮助推动这些蛋白的水平上升或下降,因此提供了治疗方法。

和“摆弄”基础的DNA相比,操控RNA会产生较少的伦理顾虑,尽管基因编辑仍是治疗一些疾病的更好方法。“DNA编辑的问题在于,它是永久性的。”Yeo介绍说,“这或许是好事,但如果出现错误,怎么办?”在一些情形下,比如对于脑细胞来说,DNA修复机制是如此的强大,以至于它可能在作用于RNA而非剪切DNA方面更加高效。

上述发表于《科学》杂志的论文报告称,C2c2还能被用于为RNA添加荧光标记,从而成为一种追踪并更好地理解其活动的方式。

张锋表示,他一直对开发靶向RNA的系统很感兴趣。他的团队决定调研不同种类的CRISPR系统,以阐明其功能。最新研究表明,C2c2原来是一种靶向RNA的系统。此项研究包括了来自美国国立卫生研究院、罗格斯大学和俄罗斯斯科尔科沃理工学院以及哈佛大学和麻省理工学院的研究人员。和靶向特定RNA的Cas9系统一样,C2c2可被直接“瞄准”到期望的RNA序列,因此看上去不太会产生脱靶效应。

张锋的同事、最新论文共同作者Eugene Koonin用一种更有诗意的方式描述它:“生命的进化在很大程度上是宿主—寄生虫互动的故事。”身为美国国家生物技术信息中心进化基因组学专家的Koonin说,“当我们探寻宿主和寄生虫之间的这种‘军备竞赛’时,便会在细胞生物应对寄生虫以及寄生虫进行抵抗方面发现愈发复杂、新颖的方式。”(来源:中国科学报 宗华)

 
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