去年，來自麻省理工學院麥戈文腦科研究所的研究人員發現了III-E型CRISPR-Cas效應蛋白Cas7-11并表征了它的特征，它是**種能夠對RNA鏈進行**、有指導性的切割而在此過程中不傷害細胞的CRISPR 酶（Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03886-5）。如今，在一項新的研究中，他們與東京大學的合作者合作，發現Cas7-11可以縮小到一個更緊湊的版本，使其成為編輯活細胞內RNA的一種更可行的選擇。他們描述了這種新的、緊湊的Cas7-11，同時還對原始的Cas7-11進行了詳細的結構分析。

相關研究結果于2022年5月27日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Structure and engineering of the type III-E CRISPR-Cas7-11 effector complex”。論文通訊作者為麥戈文腦科研究所研究員Omar Abudayyeh、麥戈文腦科研究所研究員Jonathan Gootenberg和東京大學研究員Hiroshi Nishimasu。論文**作者為麥戈文腦科研究所前博士后Nathan Zhou和東京大學的Kazuki Kato。

Abudayyeh說，“當我們觀察這種結構時，很明顯有一些不需要的部分，我們實際上可以去除這些部分。這使得這種酶足夠小，以至于可以將它裝入在單一的病毒載體中進行**應用。”

這些作者認為Cas7-11的新三維結構是一種豐富的資源，可以回答有關這種酶的基本生物學問題，并揭示未來調整它的功能的其他方法。

靶向RNA

在過去的十年里，CRISPR-Cas9基因組編輯技術使得科學家們有能力修改人類細胞內的基因---這對基礎研究和逆轉致病性基因突變的**方法的開發都是一大福音。但是CRISPR-Cas9只對改變DNA起作用，對于某些研究和臨床目的來說，編輯RNA更為有效或有用。

細胞終生保留它的DNA，并在復制時將一個相同的DNA拷貝傳遞給子細胞，因此對DNA的任何改變都是相對長久性的。然而，RNA是一類更短暫的分子，由DNA轉錄而來，并在不久后遭受降解。

Gootenberg說，“能夠長久地改變DNA有很多積極意義，特別是當涉及到**一種遺傳性基因**時。但是對于感染、受傷或其他一些暫時性的**來說，能夠通過靶向RNA來短暫地改變基因更有意義。”

在Abudayyeh、Gootenberg和他們的同事發現Cas7-11并表征它的特征之前，**能夠靶向RNA的酶會產生混亂的副作用；當識別一種特定的基因時，這種稱為Cas13的酶開始切割它周圍所有的RNA。這一特性使得Cas13在診斷測試中很有效：它被用來檢測某個RNA片段的存在，但對于需要有針對性切割的**方法來說，它卻不是很有用。

Cas7-11的發現為一種更**的RNA編輯形式打開了大門，類似于用于DNA的Cas9酶。然而，巨大的Cas7-11蛋白太大，無法裝入單一的病毒載體中。

結構上的新見解

為了解析出Cas7-11的整體結構，Abudayyeh、Gootenberg和Nishimasu使用了低溫電鏡技術，這種技術將電子束照射在冷凍的蛋白樣本上，并測量電子束的傳輸方式。他們知道Cas7-11采用模塊化架構，由Cas7.1、Cas7.2、Cas7.3、Cas7.4、Cas11、INS和CTE這個結構域和4個結構域間接頭（linker）---L1、L2、L3和L4---組成，但是并不確定這些結構域究竟是如何折疊和組裝在一起的。

圖片來自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.05.003。

Gootenberg說，“從基本生物學的角度來看，Cas7-11真正迷人的地方在于它應該是所有這些獨立的組成部分組合在一起，但它們卻融合成了一個基因。我們真的不知道為何會這樣。”

Cas7-11的結構在是它結合它的目標tRNA鏈和指導這種結合的向導RNA（gRNA）的過程中捕捉到的，這揭示了它的這些組分部分是如何組裝的，以及它的哪些組分部分對于識別和切割RNA至關重要。這種結構上的新見解對于弄清如何使Cas7-11在人體細胞內執行目標任務至關重要。

通過這種結構，這些作者發現Cas7-11通過使用Cas7.1結構域將它的前體CRISPR RNA（pre-crRNA）加工成crRNA，而且在crRNA的指導下，它還使用Cas7.2和Cas7.3結構域在兩個確定的位點上切割靶RNA。該結構還揭示了Cas7-11的一個組成部分沒有任何明顯的功能作用。這一發現表明他們員可以將這個組成部分移除，重新設計Cas7-11，使它變得更小，而不影響它靶向RNA的能力。Abudayyeh和Gootenberg測試了去除這個組成部分的不同片段的影響，結果獲得Cas7-11的一個新的緊湊版本，被稱為Cas7-11S。有了Cas7-11S，他們將它裝入在單個病毒載體中，將它遞送到哺乳動物細胞中，并有效地靶向目標RNA。

這些作者目前正在計劃未來對Cas7-11來源**中與它相互作用的其他蛋白進行研究，并希望繼續致力于將Cas7-11用于**用途。

Abudayyeh說，“想象一下，你可以有一種RNA基因療法，當進行**時，它可以修改你的RNA，但當你停止**時，這種修改就會停止。這真地只是讓這組工具發揮作用的開始。” （生物谷 Bioon.com）