全新CRISPR-Cas13系统登上《细胞》！筛选出近800个必需lncRNA，“垃圾”区域也有重要功能

学术经纬

2024-11-11 08:05发布于江苏药明康德旗下药明在线官方账号

▎药明康德内容团队编辑

我们知道，人类只有2%的基因真正负责编码蛋白质，而处于非编码区的其余98%一度被视作“垃圾DNA”。但近些年来，这些非编码区域在生命活动中的作用逐渐被揭开。

尽管不编码蛋白质，但这些非编码区域也会转录为RNA，其中就包括数千个长链非编码RNA（lncRNA）。在已注释的lncRNA中，只有不到1%与明确的功能有关。即便如此，这些lncRNA已经被发现具有调节蛋白质或RNA、阻断翻译、形成生物分子凝聚体等功能。

目前，对lncRNA的研究受到了低通量的限制。最近，CRISPR筛选能够用于识别功能性的lncRNA，不过基于Cas9酶的CRISPR-Cas9系统在DNA水平上编辑基因时，通常会受到预期之外的靶向活性的影响。

为了克服这些限制，纽约大学Neville Sanjana教授领导的团队基于CRISPR-Cas13系统，开发了靶向RNA的CRISPR筛选技术。在本周《细胞》杂志的最新研究中，研究团队利用这项技术再次为非编码RNA正名——他们共筛选出778个必需的lncRNA，这些lncRNA在不同的人类细胞中具有重要功能。

Sanjana教授指出，这项发现不仅促进了我们对人类遗传物质的理解，还展示了靶向RNA（尤其是非编码RNA）的CRISPR筛选潜力。

已有的研究已经能够读取表达的RNA，但不足以帮助我们看清细胞是否真的需要特定RNA才能发挥功能。在这项研究中，基于Cas13酶的CRISPR系统现对RNA的靶向编辑，同时避免破坏附近的蛋白质编码基因和其他调控元件。

研究团队使用CRISPR-Cas13靶向编辑RNA，系统性分析了5种人类细胞系（包括肾、白血病和乳腺癌细胞）中近6200个lncRNA。为了找出必需lncRNA的名单，研究团队利用CRISPR逐个扰乱或敲除这些lncRNA，并观察当每个lncRNA失效后细胞的生存状态。

结果，研究团队确定了778个对细胞功能至关重要的lncRNA，其中46个lncRNA在5种细胞系中均必不可少；其余732个是对一部分细胞系具有特定功能的lncRNA。

图片来源：123RF

随后，研究团队对这46个通用的必需lncRNA与蛋白质编码基因进行了进一步的比较。对于蛋白质编码基因，如果一个基因在5种细胞系中的一种是必需的，那么它在其他细胞系中可能同样必需。相比之下，必需lncRNA更具细胞类型特异性。此外，他们发现绝大多数必需lncRNA独立于最近的蛋白质编码基因运作。

研究小组还发现了必需lncRNA调节细胞增殖的关键途径。这一过程对人类发育和癌症都很重要，其缺失会损害细胞周期进程并导致细胞死亡。值得注意的是，许多必需lncRNA在人类发育早期在组织中高度表达，而在后期表达较低，这表明某些lncRNA在发育过程中发挥着重要作用。

此外，在对大约9000个肿瘤进行分析后，研究人员发现特定类型肿瘤中的lncRNA表达发生改变，他们也进一步确定了那些在肿瘤中表达与不同癌症生存率相关的lncRNA。

综上，这项对功能性lncRNA的研究促进了我们对非编码转录本的理解，并展示了使用Cas13进行转录组规模非编码筛选的潜力。而对于在不同细胞类型中特异性表达的非编码RNA，它们可能为癌症治疗提供新的生物标志物和治疗靶点。

参考资料：

[1] Liang et al., Transcriptome-scale RNA-targeting CRISPR screens reveal essential lncRNAs in human cells. Cell (2024) DOI: 10.1016/j.cell.2024.10.021

[2] Finding function for noncoding RNAs using a new kind of CRISPR. Retrieved Nov. 7, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1063698

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