《Nature》新RNA编辑工具照亮大脑电路以及改变特定细胞

标记和照亮人类大脑组织中的抑制性“刹车”细胞(绿色)只是杜克大学CellREADR新工具的众多功能之一。

编辑技术可以精确和广泛适用于所有组织和物种。杜克大学的科学家们开发了一种基于RNA的编辑工具，它针对的是单个细胞，而不是基因。它能够精确地瞄准任何类型的细胞，并有选择地添加任何感兴趣的蛋白质。研究人员表示，该工具可以通过修改非常特定的细胞和细胞功能来管理疾病。

神经生物学家Z. Josh Huang博士和博士后研究员Yongjun Qian博士领导的团队使用基于RNA的探针，证明了他们可以在细胞中引入荧光标记来标记特定类型的脑组织;一个光敏的开/关开关，可以使它们选择的神经元沉默或激活;甚至还有一种自毁酶可以精确地清除某些细胞而不清除其他细胞。

它们的选择性细胞监测和控制系统依赖于ADAR酶，这种酶存在于每一种动物的细胞中。虽然CellREADR(内源性ADAR通过RNA感知细胞访问)还处于早期阶段，但它的应用前景似乎是无限的，它在动物王国的应用潜力也是无限的。

Huang说:“我们很兴奋，因为这提供了一种简化、可扩展和可推广的技术，可以监测和操作任何动物的所有细胞类型。我们实际上可以修改特定类型的细胞功能来管理疾病，不管它们最初的遗传倾向如何，用目前的疗法或药物，之前都是不可能的。”

CellREADR是一个可定制的RNA字符串，由三个主要部分组成:一个传感器，一个停止标志和一组密码蓝图。

首先，研究团队决定他们想要研究的特定细胞类型，并确定由该细胞类型唯一产生的目标RNA。该工具显著的组织特异性依赖于每一种细胞类型都能产生其他细胞类型中看不到的标志性RNA。然后设计一个传感器序列作为目标RNA的互补链。就像DNA的链段是由相互吸引的互补分子组成的一样，如果RNA有匹配的分子，它也有同样的磁性能与另一段RNA连接。               

当一个传感器进入一个细胞并找到它的目标RNA序列后，两个片段结合在一起，形成一个双链RNA片段。这种新的RNA混搭会触发ADAR酶来检查新生成的RNA，然后改变其编码的一个核苷酸。

ADAR酶是一种细胞防御机制，被设计用来编辑双链RNA，被认为存在于所有动物细胞中。

了解到这一点，Qian用双链RNA中相同的特定核苷酸ADAR编辑设计了CellREADR的停止符号。阻止蛋白质蓝图构建的停止标志只有在CellREADR的传感器停靠到目标RNA序列上时才会被移除，使其对特定细胞类型具有高度特异性。一旦ADAR去除停止标志，蓝图就可以被在目标细胞内生成新蛋白质的细胞机制读取。               

在他们的论文中，Huang和他的团队对CellREADR进行了测试。Huang说:“我记得两年前，Yongjun制造了第一代CellREADR，并在小鼠大脑中进行了测试。令我惊讶的是，他第一次尝试就取得了惊人的效果。”

该团队的精心规划和设计得到了回报，因为他们随后能够演示CellREADR准确标记活小鼠的特定脑细胞群，并在指定的位置有效地添加活动监视器和控制开关。它在小鼠和从癫痫手术中收集的人脑组织中也很有效。

“有了CellREADR，我们可以挑选研究人群，并真正开始调查人类大脑中存在的所有细胞类型，”杜克大学神经外科医生、助理教授、医学博士、博士、合著者Derek Southwell说。

Southwell希望CellREADR能提高他和其他人对人类大脑回路和其中细胞接线图的理解，并在此过程中帮助推进神经疾病的新疗法，比如他正在试验的一种有前途的治疗耐药癫痫的新方法。

团队特别看好CellREADR作为一种“可编程RNA药物”的潜力，有可能治愈疾病——因为这是他们两人最初投身科学的原因。他们已经为这项技术申请了专利。