Nature Biotechnology发文指导Cas13的向导RNA设计

　　

基于CRISPR的遗传筛选已帮助研究人员鉴定了许多疾病的关键基因，包括镰状细胞性贫血、癌症免疫疗法和肺癌转移等。然而，这些遗传筛选的范围很有限，因为它们只能编辑或靶向DNA。对于人类基因组的许多区域，靶向DNA可能无效；对于其他生物（比如冠状病毒或流感病毒），现有的CRISPR筛选也无法起作用。

纽约基因组中心和纽约大学Neville Sanjana博士领导的研究团队近日开发出一种靶向RNA的新型CRISPR筛选技术。他们利用最近鉴定出的Cas13酶，设计出一个优化平台，能够在RNA水平上对人类细胞进行大规模的遗传筛选。这项技术发表在《Nature Biotechnology 》杂志上，有助于了解RNA调控的各个方面，并确定非编码RNA的功能。

利用人类RNA转录本上数千个不同位点，研究人员开发出一种机器学习的预测模型，能够帮助人们鉴定出最有效的Cas13向导RNA。现在，这项技术向研究界免费开放，可预测特定RNA靶点的向导RNA效率，并提供所有人类编码基因的预设计向导RNA（地址在这里：https://cas13design.nygenome.org/）。

资深作者Sanjana博士说：“我们预计，靶向RNA的Cas13酶有望对分子生物学和医学应用产生重大影响，但目前对向导RNA的设计还知之甚少。我们打算通过深入而系统的研究来改变这一点，开发出预测模型来实现最有效的向导RNA设计。”

Cas13酶是IV型CRISPR酶。与Cas9的不同在于，Cas13d结合并切割RNA，而Cas9切割DNA。Cas13酶的平均长度为930个氨基酸，比其他Cas13酶小20%，比Cas9更是小33%。在向导RNA的引导下，它能够敲低RNA而不改变基因组。这种特性使Cas13有望成为潜在治疗剂，在不永久改变基因组序列的情况下影响基因表达。

研究人员开发出一套基于Cas13的新工具，并在哺乳动物细胞中开展了转录本平铺和排列筛选。他们总共收集了24,000多个向导RNA的信息。“我们在多个不同转录本上平铺了向导RNA，包括一些人类基因，我们可以通过抗体染色和流式细胞术来轻松测定转录本的敲低，”第一作者Hans-Hermann Wessels表示。

通过这些研究，他们了解到向导RNA的哪些区域对目标RNA的识别特别重要。他们使用了与目标RNA有1个、2个或3个碱基错配的向导RNA，鉴定出一个关键的“种子”区域，此区域对于CRISPR向导与目标之间的错配非常敏感。这个结果可帮助科学家设计向导RNA，以避免脱靶效应，提高Cas13靶向的特异性。

研究小组最近利用他们的向导RNA预测模型来分析最近肆虐的新型冠状病毒SARS-CoV-2。对于这种RNA病毒，研究人员利用他们的模型鉴定出最佳的向导RNA，有望应用于未来的检测和治疗。（生物通 薄荷）

原文检索

Wessels, H., Méndez-Mancilla, A., Guo, X. et al. Massively parallel Cas13 screens reveal principles for guide RNA design. Nat Biotechnol (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0456-9