新工具Cas13d-NCS的问世：精准对抗RNA病毒

德国慕尼黑洪堡大学和慕尼黑工业大学的研究人员报道称，他们开发出一种新工具（Cas13d-NCS），使得位于细胞内的CRISPR RNA分子能够移动到细胞质中，从而使其在中和RNA病毒方面更加有效。该团队表示，这项技术的开发是必要的，因为像CRISPR/Cas13这样的RNA靶向工具在细胞质中效率低下，而许多RNA病毒正是在细胞质中复制。这一突破为精准医学和积极的病毒防御战略打开了大门。

科学家们的研究结果发表在《细胞发现》杂志上，题为《工程化的核质-细胞质穿梭Cas13d实现高效的细胞质RNA靶向》。

研究人员写道：“CRISPR/Cas13系统是一种可编程的RNA操作工具，用于各种RNA靶向应用。在Cas13家族中，Cas13d是哺乳动物细胞中活性最高的亚型。最近，Cas13d被利用作为对抗各种人类RNA病毒的抗病毒工具。”

“然而，Cas13d在哺乳动物细胞的细胞质中活性极低，限制了其在细胞核中的活性，这限制了其作为可编程抗病毒的应用。大多数RNA病毒仅在细胞质中复制，这表明当前基于Cas13d的抗病毒药物依赖于不受控制的核泄漏，因此在效率上受到限制。”

“在这项研究中，我们展示了Cas13d的核定位是其在细胞核中的偏好的根本原因。为了解决这一局限性，我们工程化了核质-细胞质穿梭的Cas13d（Cas13d-NCS）。Cas13d-NCS将核中的crRNA转移到细胞质中，蛋白质/crRNA复合物在细胞质中结合并降解相应的靶向RNA。”

使用Cas13d-NCS治疗可防止SARS-CoV-2(绿色)的传播。[沃尔夫冈·沃斯特博士]

“我们筛选了各种穿梭蛋白的设计，并表征了最佳系统的多个设计参数。我们展示了Cas13d-NCS在降解mRNA和源自委内瑞拉马蹄病毒（VEE）RNA病毒的自我复制RNA方面的优越性。”

“最终，我们利用Cas13d-NCS完全阻断了各种SARS-CoV-2菌株的复制。因此，Cas13d-NCS使CRISPR系统的亚细胞定位能够进行有理的调控。”

筛选和优化 通过筛选和优化，研究人员开发了他们标记为“变革性解决方案”的Cas13d-NCS，这是一个能够将核CRISPR RNA（crRNA）转移到细胞质中，以引导CRISPR-Cas复合物到特定目标序列进行精确修改的系统。在细胞质中，蛋白质/crRNA复合物针对互补的RNA并以前所未有的精度进行降解，根据研究人员的说法。

Cas13d-NCS在降解mRNA靶向物和中和自我复制的RNA方面表现出色，包括委内瑞拉马蹄病毒（VEE）RNA病毒的复制序列以及几种SARS-CoV-2变体，释放出Cas13d作为可编程抗病毒工具的全部潜力，这一成就被科学家们认为是在应对大流行病和加强对未来疫情的防御方面迈出了重要的一步。

研究的影响超越了传统的抗病毒策略和CRISPR系统，开启了一个新的精准医学时代，通过使CRISPR基于干预措施的亚细胞定位进行战略性的操控，维尔纳·沃斯特博士表示，他是洪堡大学发育遗传学研究所的主任。

沃斯特说：“Cas13d-NCS在抗病毒开发方面的突破标志着我们持续抗击RNA病毒的斗争中的一个关键时刻。这一成就展示了合作创新和人类智慧在我们追求更健康、更有韧性的世界中的力量。”

参考文献：https://www.nature.com/articles/s41421-024-00672-1

编辑：王洪

排版：李丽