科学家们创造了新的分子剪刀来纠正痴呆细胞模型中的蛋白质失衡。

大多数人都听说过CRISPR / Cas9基因编辑技术，它可以作为有针对性的分子剪刀，用健康的基因剪切和替换掉致病基因。但DNA只是故事的一部分；许多遗传疾病是由RNA的问题引起的，RNA是翻译成蛋白质的DNA的工作拷贝。

现在，Salk研究所的科学家们创造了一种新的工具，它不针对DNA，而是针对RNA，并用它来纠正痴呆患者细胞内蛋白质的不平衡，将它们恢复到健康水平。新的Salk工具，名为CasRx，为RNA和蛋白质的基因工程开辟了巨大的潜力，为研究人员开发新的基因疗法以及调查基本生物学功能提供了强有力的方法。这项工作于2018年3月15日在Cell发行。

“生物工程师就像自然界的侦探一样，在DNA模式中寻找线索来帮助解决遗传疾病的奥秘，”Helmsley-Salk研究员及新文章的资深作者Patrick Hsu说。“CRISPR彻底改变了基因组工程，我们希望将工具箱从DNA扩展到RNA。”

CRISPR是含有许多防御性酶的细菌免疫系统，如Cas9“分子剪刀”，科学家包括Hsu已将其设计为一种强大的DNA靶向基因编辑工具。

Salk团队决定搜索细菌基因组以寻找可以靶向RNA的新型CRISPR酶，然后可以将其设计为解决RNA和产生的蛋白质的问题。

例如，给定的RNA信息可以以不同的水平得到表达，其相对于其他RNA，它的平衡对于健康功能是关键的。此外，RNA可以以各种方式剪接以制造不同的蛋白质，但是剪接方面的问题可能导致诸如脊髓性肌萎缩、非典型囊性纤维化和额颞叶痴呆（FTD）等疾病。因此，针对由不适当剪接产生的毒性RNA或RNA的药物可能会对这些类型的破坏性疾病患者产生改变生活的影响。

我们从这样的假设开始，即不同的CRISPR系统可能在细菌和病毒之间的进化军备竞赛中专门化，可能使它们能够靶向病毒RNA，”Salk研、HHMI Hannah Gray研究员和论文的第一作者Silvana Konermann解释说。

该团队开发了一个计算程序来搜索细菌DNA数据库，以获取CRISPR系统的信号特征：特定重复DNA序列的模式。在这样做的时候，他们发现了一系列靶向RNA的CRISPR酶，称之为Cas13d。

研究小组意识到，就像Cas9家族一样，源自不同细菌种类的Cas13d酶的活性也会有所不同，因此他们运行了一个屏幕以确定用于人类细胞的最佳版本。该版本原来是来自肠道细菌瘤胃球菌属flavefaciens XPD3002，这导致他们将他们的工具命名为CasRx。

Konermann说：“一旦我们设计出CasRx，让其在人体细胞中良好工作，我们真的希望推进它的步伐。

这意味着工程CasRx应对疾病相关疾病：在这种情况下，神经变性疾病额颞叶痴呆（FTD）。在这种痴呆症中，两种版本的tau蛋白（也涉及阿尔茨海默病）的比例在神经元中失去平衡。该团队基因工程改造CasRx以针对过量tau蛋白质版本的RNA序列。他们通过将CasRx包装成病毒并将其递送至来自FTD患者干细胞的神经元来实现这一点。CasRx在重新平衡tau蛋白水平至健康水平方面有效率达80%。

与靶向RNA的其他技术相比，CasRx由于其小的尺寸（使其更容易包装到治疗相关的病毒载体中）而具有独特性，其高度有效性以及与RNA干扰相比，没有产生可辨别的脱靶效应的事实。Salk团队对他们开启探索RNA和蛋白质功能的新生物问题以及治疗RNA和蛋白质疾病的疗法的可能性感到兴奋。

“大自然充满了这么多的秘密，”徐补充说。“这对于发明新技术来说确实是一种丰富的、未开发的资源。”

其他作者还包括索尔克研究所的Peter Lotfy、Nicholas J. Brideau、Jennifer Oki和Maxim N. Shokhirev。