圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.07.010
2017年8月15日/
生物谷BIOON/---在此之前，CRISPR-Cas9基因編輯技術僅能夠被用來操縱DNA。在2016年的一項研究中，美國加州大學聖地牙哥分校醫學院的研究人員在一種被稱作RNA靶向性Cas9（RNA-targeting Cas9, RCas9）的方法中改變這種技術的用途，利用它追蹤活細胞中的RNA（Cell, doi: 10.1016/j.cell.2016.02.054）。在一項新的研究中，這些研究人員將RCas9又向前推進一步：他們利用這種技術校正導致微衛星重複擴增疾病（microsatellite repeat expansion diseases）的分子錯誤。相關研究結果於2017年8月10日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「Elimination of Toxic Microsatellite Repeat Expansion RNA by RNA-Targeting Cas9」。微衛星重複擴增疾病包括1型肌強直性營養不良、2型肌強直性營養不良、最為常見的
遺傳性肌萎縮性脊髓側索硬化症（ALS）和亨廷頓舞蹈病。
論文通信作者、加州大學聖地牙哥分校醫學院細胞與分子醫學教授Gene Yeo博士說，「這是激動人心的，這是因為我們不僅靶向當前缺乏延緩病情惡化的療法的疾病的根源，而且我們我們重新改造了這種CRISPR-Cas9系統，從而使得通過一種病毒
載體將它運送到特定組織中成為可能。」
在生物學中心法則中，編碼在細胞核DNA中的基因先經過轉錄產生mRNA，隨後mRNA進入細胞質中，在那裡，它們經過翻譯產生蛋白。
微衛星重複擴增疾病是由於RNA序列發生錯誤的重複而產生的，這些重複對細胞是有毒性的，這部分上是因為它們阻止至關重要的蛋白產生。這些重複性RNA在細胞核或細胞質中聚集，形成病灶（foci）。
在這項概念驗證的研究中，Yeo團隊在實驗室在來自患者的細胞和細胞疾病模型中，利用RCas9清除了與微衛星重複擴增疾病相關聯的重複性RNA。
在正常情形下，CRISPR-Cas9的工作機制是：設計一種「嚮導RNA（gRNA）」，這種gRNA與一個特定的靶基因的序列相匹配。這種gRNA引導Cas9酶到基因組中的靶位點上，Cas9在那裡進行切割。細胞不精確地修復DNA斷裂，因而讓這個基因失活，或者利用這個基因的正確版本替換切割位點附近的DNA片段。RCas9類似地發揮作用，但是gRNA引導Cas9到RNA分子上而不是到DNA上。
這些研究人員在實驗室針對導致微衛星重複擴增疾病的RNA測試了這種新的RCas9系統。RCas9清除了95%以上的與1型肌強直性營養不良、2型肌強直性營養不良、最為常見的ALS和亨廷頓舞蹈病相關的RNA病灶。這種方法也清除了95%的在實驗室培養的患者肌強直性營養不良細胞中存在錯誤的重複性RNA。
另一種衡量成功的指標在於MBNL1。MBNL1是一種在正常情形下結合到RNA上的蛋白，但是1型肌強直性營養不良中的RNA病灶阻止它結合到它的上百種天然的RNA靶標上。當這些研究人員採用RCas9時，他們在患者肌肉細胞中逆轉了93%的存在功能障礙的RNA靶標，而且這些細胞最終類似於健康的對照細胞。
Yeo解釋道，儘管這項研究提供初步證據證實這種方法在實驗室中有效果，但是在RCas9能夠在患者中進行測試之前，還有很長的路要走。
一種瓶頸是運送RCas9到患者細胞中的效率。非傳染性腺相關病毒（AAV）經常用於基因療法之中，但是它們太小而不能夠運送Cas9到靶DNA上。Yeo團隊通過剔除Cas9蛋白中進行DNA切割所必需的片段但保留RNA結合不可缺少的片段，構建出一種更小的Cas9版本。
他說，「我們迄今為止並不知道的是這種運送RCas9到細胞中的病毒
載體是否會引發免疫反應。在人體中測試這一點之前，我們需要在動物模型中進行測試，確定潛在的毒性和評估長期接觸的安全性。」
為此，Yeo和同事們成立一家被稱作Locana的衍生公司來處理將RCas9從實驗室轉移到針對基於RNA的疾病（如微衛星重複擴增疾病）開展的
臨床試驗所必需的臨床前步驟。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Ranjan Batra, David A. Nelles, Elaine Pirie et al. Elimination of Toxic Microsatellite Repeat Expansion RNA by RNA-Targeting Cas9. Cell, Published online: 10 August 2017, doi:10.1016/j.cell.2017.07.010