Cell：让RNA编辑更方便！

麻省理工学院神经科学家用新型紧凑的Cas7-11酶扩展CRISPR工具包。

　　

去年，麻省理工学院麦戈文大脑研究所的研究人员发现并鉴定了Cas7-11，这是第一种能够在不伤害细胞的过程中对RNA链进行精确、有引导的剪切的CRISPR酶。现在，同一团队与东京大学的合作者合作，发现Cas7-11可以缩小到更紧凑的版本，使其成为编辑活细胞内RNA的更可行的选择。5月27日的《细胞》杂志对新的紧凑Cas7-11进行了描述，并对原始酶进行了详细的结构分析。

“当我们看着结构,很明显有一些不需要的部分,我们可以删除“研究科学家和麦戈文的奥马尔Abudayyeh说,新的工作与研究的科学家和麦戈文的乔纳森Gootenberg和合作者Hiroshi Nishimasu从东京大学。“这使得这种酶足够小，可以放入单个病毒载体中，用于治疗。”

作者也包括前麦戈文研究所博士后拿单周和加藤一辉东京大学,看到Cas7-11的新的三维结构作为一个丰富的资源来回答问题的基本生物学酶和揭示未来的其他方法来调整其功能。

针对RNA

在过去十年中，CRISPR-Cas9基因组编辑技术使研究人员有能力修改人类细胞内的基因——这对基础研究和逆转致病基因突变的治疗方法的开发都是一个福音。但CRISPR-Cas9只能改变DNA，对于一些研究和临床目的来说，编辑RNA更有效或更有用。

一个细胞终生保留其DNA，并在复制时将一份相同的DNA传给子细胞，因此DNA的任何变化都是相对永久的。然而，RNA是一种更短暂的分子，从DNA转录并在不久后降解。

Gootenberg说:“永久改变DNA有很多好处，尤其是在治疗遗传疾病时。”“但对于感染、损伤或其他一些暂时性疾病来说，能够通过RNA靶向暂时修改基因更有意义。”

在Abudayyeh、Gootenberg和他们的同事发现并鉴定Cas7-11之前，唯一能针对RNA的酶有一个混乱的副作用;当它识别出一个特定的基因时，Cas13酶开始切割它周围的所有RNA。这一特性使Cas13在诊断测试中有效，它被用于检测RNA片段的存在，但在需要靶向切割的治疗中不是很有用。

Cas7-11的发现为一种更精确的RNA编辑形式打开了大门，类似于DNA的Cas9酶。然而，巨大的Cas7-11蛋白太大了，无法放入单个病毒载体中——研究人员通常使用病毒的空壳将基因编辑机制传递到患者的细胞中。

结构的洞察力

为了确定Cas7-11的整体结构，Abudayyeh, Gootenberg和Nishimasu使用了冷冻电子显微镜，它将电子束照射到冷冻的蛋白质样品上，并测量电子束是如何传输的。研究人员知道Cas7-11就像五种独立的Cas酶的混合，融合成一个单一的基因，但不确定这些部分是如何折叠和组合在一起的。

Gootenberg说:“从基础生物学的角度来看，Cas7-11真正令人着迷的地方在于，它应该是所有这些独立的片段结合在一起的，但相反，你有一个融合成一个基因。”“我们真的不知道那会是什么样子。”

Cas7-11的结构在结合其目标tRNA链和指导结合的引导RNA时被捕获，揭示了片段是如何组装的，以及蛋白质的哪些部分对识别和切割RNA至关重要。这种结构洞察力对于弄清楚Cas7-11如何在人类细胞内执行目标任务至关重要。

该结构还照亮了蛋白质中没有任何明显功能作用的部分。这一发现表明，研究人员可以去除它，重新设计Cas7-11，使其更小，而不剥夺其靶向RNA的能力。Abudayyeh和Gootenberg测试了去除这个部分不同部分的影响，产生了一个新的紧凑版本的蛋白质，被称为Cas7-11S。有了Cas7-11S，他们将该系统封装在一个单一的病毒载体中，将其送入哺乳动物细胞，并有效地靶向RNA。

该团队目前正在计划未来对Cas7-11来源细菌中与其相互作用的其他蛋白质进行研究，并希望继续致力于将Cas7-11用于治疗应用。

“想象一下，你可以有一种RNA基因疗法，当你服用它时，它会改变你的RNA，但当你停止服用时，这种改变就会停止，”Gootenberg说。“这只是启用这套工具的开始。”

原文标题：

Structure and engineering of the type III-E CRISPR-Cas7-11 effector complex