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CRISPR辅助检测活细胞RNA结合蛋白的新方法
【字体: 大 中 小 】 时间:2021年04月09日 来源:creative biogene
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最近,由香港大学(CITYU)生物医学科学家领导的研究已经开发了CRISPR辅助RNA蛋白相互作用检测方法(CARPID),它利用CRISPR-CASRX的RNA靶向和接近标记来识别特定的长非编码RNAs(LNCRNs)在天然细胞背景中的结合蛋白。
虽然科学家尚未完全了解RNA分子的多样性,但他们认为,与这些RNA分子结合的RNA结合蛋白可能与多种疾病的发生直接相关。最近,由香港城市大学(CityU)的生物医学科学家主导的研究开发了CRISPR-assisted RNA-protein interaction detection method (CARPID),该方法利用基于crispr - casrx的RNA靶向和接近标记,来识别特定长链非编码RNA (lncRNAs)在原生细胞环境中的结合蛋白。这种新方法可应用于多种类型的细胞研究,如识别癌症生物标志物和检测治疗各种病毒性疾病的潜在药物靶点。这项研究发表在国际期刊《自然方法》上,题为“CRISPR辅助检测活细胞中的rna -蛋白质相互作用”。
分子生物学的核心原理是DNA被转录成RNA,而RNA最终被翻译成蛋白质。但事实上,只有大约2%的RNA可以编码蛋白质,而其余98%的RNA分子被称为非编码RNA (ncRNAs),由于其神秘的功能,被视为“暗物质”。近年来,科学家们开始努力揭示RNA的真正功能,特别是长非编码RNA (lncRNAs,定义为长度超过200个核苷酸的非编码RNA))。lncrna作为调控基因表达的重要细胞成分被广泛接受,也是最有趣的rna之一。与RNA结合蛋白(rbp)的相互作用决定了RNA的功能和命运。尽管它们很重要,但在阐明活细胞中lncrna -蛋白相互作用方面存在明显的技术局限性。
为了规避现有方法的局限性,并检测活细胞中的RBPs,研究人员开发了一种称为CARPID的方法。受到利用CRISPR-dead Cas9 (dCas9)引导生物素连接酶到特定基因组位点的策略的启发,他们使用无核酸酶活性的紧凑rna靶向型VI-D CRISPR单效应系统dCasRx用于特定的lncRNA靶向。这种dCasRx效应蛋白能够将引导RNA (gRNA)阵列加工成两个或多个组成gRNA,而不需要切割靶向RNA转录本。CARPID可以敏感地检测任意长度或浓度的rna结合蛋白,而大多数其他方法只能应用于非常长的非编码rna。
图1所示。CARPID工作流方案。
CARPID由两部分组成:导航和接近生物素标记。首先,该团队使用CRISPR/CasRx系统进行导航,使CARPID组件(包括一种称为BASU的“标记工具”)能够接近目标RNA。研究人员将dCasRx与工程生物素连接酶BASU融合,然后是自切割的T2A肽和增强绿色荧光蛋白(eGFP),以监测它们在活细胞中的表达。
为了测试CARPID的特异性,研究小组将其应用于三种不同的lncRNAs上,即DANCR、XIST和MALAT1。三种亚细胞分布部分相同的lncrna之间的CARPID结果比较,几乎没有重叠,说明CARPID方法对于不同长度和表达水平的lncrna在不同亚细胞定位的高特异性和适用性。
图2。不同lncrna间CARPID结果的比较。
CARPID可以实现高特异性,因为CRISPR导航非常准确。我们甚至可以得到非常准确的信息,即RNA结合蛋白的具体位置,”严博士解释说。此外,研究人员在过表达BASU-dCasRx和gRNAs的细胞中没有观察到基因表达的显著改变,证实CARPID不会干扰转染细胞的生理功能。借助CARPID技术,研究人员在不同的时间点检测同一RNA靶标,可以得到动态结果。
研究人员相信CARPID有广泛的应用,包括检测病毒RNA结合蛋白。例如,SARS-CoV-2是一种导致COVID-19的RNA病毒。一旦病毒进入宿主细胞,研究人员可以使用CARPID技术检测病毒在其生命周期中招募的特定细胞蛋白。如果结合蛋白被移除,研究人员可以抑制病毒的复制,相关信息可能帮助研究人员识别潜在的抗病毒药物靶点。
此外,许多lncrna也可以作为癌症的诊断生物标志物,因为它们在癌细胞中的水平与正常细胞相比非常高。CARPID还可以用于检测癌细胞中这些lncrna结合蛋白,这可能有助于发现致瘤机制和癌症诊断或治疗的潜在蛋白靶点。然而,CARPID还有改进的空间,例如,基于生物素标记的下拉仍然不可避免。一些技术,如XRNAX21、PTex23和OOPS22,利用物理化学特性来实现隔离和避免亲和捕获。但是这些方法不允许识别单个rna -蛋白质对。因此,CARPID和这些方法在研究RBP-lncRNA相互作用方面可以互补。