《细胞》：近800种非编码RNA！靶向RNA而非DNA的CRISPR新技术

基因包含制造蛋白质的指令，生物学的一个中心法则是，这些信息从DNA流向RNA，再流向蛋白质。但实际上只有2%的人类基因组能够编码蛋白质；其余98%的功能在很大程度上仍然未知。

人类遗传学的一个紧迫问题是了解这些基因组区域的作用——如果有的话。从历史上看，有些人甚至把这些区域称为“垃圾”。

现在，《细胞》杂志上的一项新研究发现，一些非编码RNA实际上并不是垃圾——它们是功能性的，在我们的细胞中发挥着重要作用，包括在癌症和人类发育中。利用靶向RNA而非DNA的CRISPR技术，纽约大学和纽约基因组中心的研究人员在整个基因组中进行了搜索，发现了近800种非编码RNA，这些RNA对来自不同组织的各种人类细胞的功能很重要。

纽约大学生物学副教授、纽约大学格罗斯曼医学院神经科学和生理学副教授、纽约基因组中心核心教员、该研究的资深作者Neville Sanjana说：“这项对功能性非编码rna的调查促进了我们对人类基因组的理解，并展示了CRISPR筛选的潜力，这些筛选专门针对RNA——即使是那些不编码蛋白质的RNA。”

更精确的RNA CRISPR

基因编辑技术CRISPR已经彻底改变了生物医学研究，广泛应用于提高作物产量，通过编辑人体血细胞中的DNA来治疗血液疾病。

大多数CRISPR应用程序使用一种名为Cas9的酶在DNA水平上编辑基因。然而，一种新的技术使用Cas13酶更精确地靶向RNA，而不破坏附近的蛋白质编码基因和其他调控元件。Sanjana的实验室先前演示了如何优化靶向RNA而非DNA的CRISPR-Cas13平台来筛选整个转录组，或者转录成RNA分子的遗传信息。

许多研究已经使用测序技术来读取RNA的表达，但要了解特定的RNA分子是否真的是细胞功能所必需的，这一直是一个挑战。

“我们现在有了这项技术，但生物学问题仍然存在：非编码基因组的哪些部分真正起作用？”Simon Müller问道，他是《细胞》研究的第一作者之一，也是实验室的博士后。    

毕竟不是垃圾

利用CRISPR-Cas13编辑RNA并避免脱靶活性，研究人员系统地分析了包括肾脏、白血病和乳腺癌细胞在内的五种人类细胞系中近6200对长链非编码RNA （lncRNAs）和附近的蛋白质编码基因。他们使用CRISPR干扰或敲低每个lncRNA来观察发生了什么——细胞是死亡，停止增殖，还是它能容忍它？并确定lncRNA是否必不可少。

“有了Cas13，我们可以明确地问，‘这些转录本的功能是什么？“它们不是垃圾——我们发现它们对细胞生长和分裂真的很重要，必不可少，”《细胞》研究的第一作者之一、桑嘉纳实验室的博士后Wen-Wei Liang说。

研究人员确定了778种对细胞功能至关重要的lncRNAs，包括46种普遍必需的lncRNAs核心组和732种具有特定细胞类型功能的lncRNAs。

然后，他们将必需的lncRNAs与蛋白质编码基因进行了比较。对于蛋白质编码基因，如果一个基因在五种细胞系中的一种中是必需的，那么它在其他细胞系中很可能也是必需的。相反，必需的lncRNAs更具有细胞类型特异性。研究人员很想知道必需的lncRNAs是否会调节附近的蛋白质编码基因，这是一个从未对非编码rna进行过研究的机制问题。在这里，他们发现绝大多数必需的lncrna独立于最近的蛋白质编码基因而运作。

研究小组还发现，重要的lncRNAs调节细胞增殖的关键途径——这一过程在人类发育和癌症中都很重要——它们的缺失会损害细胞的进展并导致细胞死亡。值得注意的是，许多必需的lncRNAs在人类发育早期在组织中高表达，在后期表达较低，这表明某些lncrna在发育过程中发挥重要作用。

此外，在对大约9000个肿瘤的分析中，研究人员发现了在特定类型肿瘤中表达改变的lncRNAs，并确定了那些在肿瘤中表达与不同癌症的生存率好坏相关的lncRNAs。

Sanjana补充说：“这些非编码rna可能会产生新的生物标志物和癌症治疗靶点，鉴于它们的细胞类型特异性表达，这是个性化医疗的潜在机会。”