在过去的几年里，CRISPR-Cas9已经超越了实验室工作台，进入了公共精神时代。这种基因编辑工具CRISPR-Cas9有望纠正单个细胞的缺陷，并可能治愈或预防许多人类疾病。然而，Cas9系统改变的是DNA，而不是RNA，一些专家认为，能够最终修饰RNA可能同样有用。
现在，索尔克研究所的科学家们首次报道了CRISPR-Cas13d的详细分子结构，这是一种有希望用于新兴RNA编辑技术的酶。他们可以通过冷冻电镜(cryo-EM)来可视化这种酶，这是一种尖端技术，使研究人员能够以前所未有的细节捕捉复杂分子的结构。研究结果于2018年9月20日发表在《细胞》杂志上。
“这篇论文为RNA靶向基因工程提供了一个分子蓝图，”结构生物学家、这项研究的相应作者之一Salk的助理教授Dmitry Lyumkis说。"它为这项重要的生物医学研究增加了广泛的工具."
CRISPR起源于最初在细菌中发现的基因，被描述为“分子剪刀”或“活细胞的文字处理程序”。它将一段遗传密码替换成另一段。在CRISPR-Cas9系统中，Cas9是一种切割DNA的酶。然而，带有核糖核酸的编辑工具将允许科学家修改基因的活动，而不会永久地——可能是危险地——改变基因本身。
“DNA是不可改变的，但从DNA复制而来的RNA的信息总是在变化的，”Salk的研究助理Silvana Konermann说，他是霍华德休斯医学研究所的Hannah Gray研究员，也是这项研究的首批作者之一。“通过直接控制RNA来调控这些信息，对于影响细胞的命运具有重要意义。”
今年早些时候，科勒曼和赫尔姆斯利-索尔克研究人员帕特里克许发表了另一篇关于细胞的论文，该论文发现了一个名为CRISPR-Cas13d的酶家族，并报告说这种替代的CRISPR系统在识别和切割核糖核酸方面是有效的。该团队还表明，这种工具可以用来纠正痴呆症患者细胞中蛋白质的不平衡。
这项新的研究是Lyumkis和Hsu实验室的合作，基于Cas13d家族的发现，并提供了解释其工作原理的分子细节。
“在我们之前的论文中，我们发现了一个新的CRISPR家族，它可以用来直接在人类细胞内部设计RNA，”这项新工作的另一位作者Hsu说。“现在我们已经能够可视化Cas13d的结构，我们可以更详细地看到这种酶是如何被引导到RNA的，以及它是如何切割RNA的。这些见解使我们能够改进系统，使这一过程更加有效，为治疗基于RNA的疾病的新策略铺平了道路。”
该团队使用cryo-EM，通过在不同的动态状态下冷冻酶，向Cas13d揭示了新的细节，这使得研究人员能够解码一系列活动，而不是在某个时间点只看到一个活动。
“这使我们能够看到Cas13d是如何引导、结合和靶向RNA的，”Lyumkis实验室的研究助理、该论文的另一位第一作者张成说。“我们希望这些新知识能够帮助拓展基因编辑工具的功能。”
本文的其他作者是尼古拉斯布里多和索尔克的彼得洛菲；白石生物医学研究所吴；斯克里普斯研究所的斯科特诺维克、迪莫西斯特鲁曾伯格和帕特里克格里芬。
这项工作得到了霍华德休斯医学研究所汉娜h格雷奖学金的资助；海伦海惠特尼基金会奖学金；美国国立卫生研究院授予NIH-NCI CCSG P30 014195、DP5 OD021369、DP5 OD021396和U54GM103368。赫尔姆斯利慈善信托基金会。
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