利用CRISPR-Cas13对环形RNA功能的筛选和研究取得进展

来源：BioArt

外显子反向剪接形成的环形RNA是一类不具有5' 帽子和3' 尾巴的共价闭合RNA分子。转录组学数据分析揭示了多达几十万个环形RNA在不同物种和细胞中差异表达。由于环形RNA与其对应的线形RNA在一级序列上完全重复，如何有效的区分环形RNA及其对应的线形RNA分子，是限制环形RNA功能研究的瓶颈，也是领域有待突破的前沿热点和难点。

2020年12月7日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组、中科院上海营养与健康研究所（中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所）杨力研究组和中科院分子细胞科学卓越创新中心李劲松研究组合作在Nature Methods杂志上发表了文章Screening for functional circular RNAs using the CRISPR-Cas13 system，首次建立了特异敲低环形RNA的CRISPR-RfxCas13d/BSJ-gRNA系统，并用其开展环形RNA的功能筛选研究，发现了一系列影响细胞增殖和参与小鼠胚胎植入前发育的环形RNA分子。

继陈玲玲研究组在2019年首次揭示环形RNA作为一个整体，通过其不同于线形RNA的二级结构参与细胞天然免疫调控的新功能后（详见BioArt报道：专家点评Cell丨陈玲玲团队揭示环形RNA在天然免疫过程中的重要功能），在这项最新的研究中，科研人员筛选、构建并优化了可特异敲低环形RNA的高效CRISPR-RfxCas13d/BSJ-gRNA系统，理论上可以针对任意环形RNA个体开展功能筛选，为研究相关环形RNA的功能提供了新的研究手段和思路。

相较于传统的RNA干扰方法（包括shRNA和siRNA），CRISPR-RfxCas13d/BSJ-gRNA系统能够高效地敲低环形RNA表达而不影响其亲本线形mRNA表达（下图），呈现出了更好的环形RNA敲除效果和靶向效应。在此基础上，科研人员成功构建并利用两个RfxCas13d/BSJ-gRNA文库针对一系列人源细胞系中高表达的环形RNA开展功能靶向筛选。利用建立的体内和体外细胞增殖筛选体系及全新的高通量CRISPR-Cas13环形RNA功能筛选计算分析流程CDCscreen （Cas13d-mediated circRNA screen， https://github.com/YangLab/CDCscreen），捕获与细胞增殖相关的多个环形RNA功能分子，并进一步揭示这些功能环形RNA大都具有细胞类型依赖的细胞增殖调控作用。

a，CRISPR-Cas13系统靶向环形RNA示意图；b，比较Cas13a、Cas13b和Cas13d对环形RNA的敲降效果。

在针对一个具有广谱细胞增殖调控作用的环形RNA（circFAM120A）开展深入的机制研究发现，其主要通过干扰翻译抑制因子IGF2BP2与亲本FAM120A mRNA的结合，进而促进了FAM120A的蛋白翻译及细胞的增殖。最后，科研人员还将CRISPR-RfxCas13d/BSJ-gRNA体系运用于小鼠早期胚胎发育研究，筛选并鉴定首个参与小鼠胚胎植入前发育的环形RNA，首次证明了环形RNA参与小鼠早期胚胎发育的潜能。

综上，这一CRISPR-RfxCas13d/BSJ-gRNA体系的建立及其在环形RNA功能研究中的应用，为全面和深入理解环形RNA的生物学功能提供了新的技术体系和研究范式。

该研究工作主要由中科院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲组李斯琪博士、李响博士、中科院上海营养与健康研究所（中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所）杨力组薛尉博士生和中科院分子细胞科学卓越创新中心李劲松组张麟博士生共同完成，陈玲玲研究员、杨力研究员和李劲松研究员为该论文的共同通讯作者。