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Pac-Man-like CRISPR酶具有疾病診斷的潛力

2019-06-24 08:55:52 ? 來源：

加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員已經描述了10種新的CRISPR酶，它們一旦被激活，就像Pac-Man一樣以一種可用作感染性病毒敏感探測器的方式來咀嚼RNA。

新的CRISPR酶是CRISPR蛋白Cas13a的變體，加州大學伯克利分校的研究人員去年9月在Nature報道的這些酶可用于檢測RNA的特定序列，例如病毒。他們發(fā)現(xiàn)，一旦CRISPR-Cas13a與其靶RNA結合，它就會開始不加選擇地切割所有RNA，輕易切割與報告分子相連的RNA，使其發(fā)熒光以允許信號檢測。

Broad研究所的兩個研究小組隨后將CRISPR-Cas13a與RNA擴增配對，并顯示他們稱為SHERLOCK的系統(tǒng)可檢測極低濃度的病毒RNA，檢測登革熱和寨卡病毒RNA的存在。

這種系統(tǒng)可用于檢測任何類型的RNA，包括癌細胞特有的RNA。

雖然UC Berkeley和Broad團隊使用的原始Cas13a酶在一種特定核酸尿嘧啶上切割RNA，但三種新的Cas13a變體在腺嘌呤處切割RNA。這種差異允許同時檢測兩種不同的RNA分子，例如來自兩種不同的病毒。

“我們已經進一步研究Cas13a家族的其他同源物，這些同源物具有不同的核苷酸偏好，能夠同時檢測不同的報告基因，例如紅色和綠色熒光信號，允許多重酶促檢測系統(tǒng)，”第一作者Alexandra East-Seletsky說，她是CRISPR-Cas9基因編輯工具的發(fā)明者之一Jennifer Doudna實驗室的加州大學伯克利分校研究生。East-Seletsky也是九月自然論文的共同第一作者。

East-Seletsky，Doudna及其加州大學伯克利分校的同事將在5月4日的“分子細胞”雜志上報道他們的發(fā)現(xiàn)。

RNA殺死狂歡

CRISPR-Cas13a家族(以前稱為CRISPR-C2c2)與CRISPR-Cas9有關，后者已經徹底改變了生物醫(yī)學研究和治療，因為它易于將其靶向切割或編輯的獨特DNA序列。雖然Cas9蛋白在特定序列上切割雙鏈DNA，但Cas13a蛋白 - 一種被稱為核酸酶的核酸切割酶 - 鎖定在特定的RNA序列上，不僅可以切割特定的RNA，而且可以切斷和破壞所有RNA都存在。

“考慮到Cas13a與其RNA靶標之間的結合作為開關 - 開關 - 目標結合使酶成為細胞中的吃豆人，咀嚼附近的所有RNA，”East-Seletsky說。這種RNA殺傷狂歡可以殺死細胞。

加州大學伯克利分校的研究人員在9月份的自然科學論文中指出，CRISPR-Cas13a的Pac-Man活性是其在細菌中的主要作用，旨在殺死傳染性病毒或噬菌體。作為一些細菌的免疫系統(tǒng)的一部分，它允許被感染的細胞自殺以拯救他們的姐妹微生物免于感染。其他細菌中也存在類似的非CRISPR自殺系統(tǒng)。

加州大學伯克利分校的研究人員隨后搜索了細菌基因組數(shù)據庫，并發(fā)現(xiàn)了10種其他Cas13a樣蛋白，他們合成并研究這些蛋白以評估其發(fā)現(xiàn)和切割RNA的能力。其中，七個與原始的Cas13a相似，而三個在切割RNA的地方不同。RNA在細胞內起著許多作用，包括作為信使RNA - DNA的工作拷貝 - 由四種不同的核苷酸組成：腺嘌呤，胞嘧啶，鳥嘌呤和尿嘧啶。

“基于我們的原創(chuàng)工作，我們現(xiàn)在表明，可以將這些酶復合在一起，擴大技術范圍，”East-Seletsky說。“CRISPR-Cas13a家族中存在如此多的多樣性，可用于許多應用，包括RNA檢測。”

Doudna，分子生物學和化學教授以及Howard Hughes醫(yī)學研究所的研究員指出，檢測傳染性RNA可能需要也可能不需要擴增，這是一個復雜的步驟。

“我們的目的是開發(fā)用于即時診斷的Cas13a酶系列，這些酶具有強大且易于部署的優(yōu)勢，”Doudna說。

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