RNA 编辑利器：CRISPR/Cas13 系统概述

RNA 作为一种重要的生物大分子，参与细胞生命代谢的整个过程，其代谢异常会导致多种疾病的发生。 与相对稳定遗传的 DNA 不同，RNA 引起的改变是暂时的，但是 RNA 生物学的极度复杂性导致很难精确地将其靶向或编辑。目前靶向 RNA 的技术主要包括 RNAi 及 CRISPR-Cas13 技术等。

CRISPR/Cas13 系统是目前发现的能够靶向 RNA 的 CRISPR 系统，该系统的发现扩展了 CRISPR 系统在病毒干扰方面的应用。新发现的 Cas13 蛋白第四种亚型（Cas13d）的家族成员 CasRx 在体内外哺乳动物细胞的 RNA 裂解过程中显示出更强的特异性和更高的敲除效率，而且 CasRx 比之前发现的所有亚型都要小很多，更容易利用 AAV 载体实现体内递送，在 RNA 编辑方面具有很大的应用前景。

2016年，科学家发现了可以靶向RNA进行切割的CRISPR/Cas13系统，该系统由单一的效应蛋白Cas13和CRISPR RNA（crRNA）组装形成一个由crRNA引导的RNA靶向效应复合物。目前，Cas13家族共鉴定出四种亚型，包括Cas13a（又名C2c2）、Cas13b、Cas13c和Cas13d，四种Cas13亚型蛋白分子量均小于Cas9蛋白。

所有Cas13蛋白均具有两种不同的催化活性：

①由两个较高等的真核和原核核苷酸结合（Higher eukaryotes and prokaryotes nuceotide-binding，HEPN）结构域提供的RNase活性，这是靶RNA降解所必需的。Cas13 四个亚型同源性较低，且同源序列仅限于HEPN结构域位点，此外两个HEPN结构域中的单点突变会使CRISPR/Cas13系统对RNA的切割能力完全丧失；

图1.CRISPR/Cas13系统介绍

②催化pre-crRNA加工和形成成熟crRNA的RNase活性。

与CRISPR II类系统的其它核酸酶结构一致，Cas13a的整体结构是双叶的，N-末端结构域（N-terminal domain，NTD）和Helical-1结构域构成crRNA识别叶（REC lobe），HEPN1、Helical-2、HEPN2结构域形成核酸酶叶（NUC lobe）（图2）。CRISPR/Cas13b系统有两种酶，分别是VI-B1和VI-B2，它们之间的区别在于Cas13b转座子上携带的附属蛋白的基因型不同，VI-B1的附属蛋白是Csx28，而VI-B2的附属蛋白是Csx27。绝大多数Cas13d型系统还含有包含 WYL结构域的相关辅助蛋白，WYL结构域通常与原核防御系统有关（图1）。

图2.Cas13a蛋白结构域示意图

所有的Cas13蛋白酶都需要60- 66 nt的crRNA来确保靶向特异性。四种亚型crRNA都有一个促进与相应Cas13蛋白酶结合的直接重复（Direct repeat，DR）以及特异性靶向转录本的间隔序列。Cas13b的crRNA在3’端携带直接重复，而Cas13a、c和d的crRNA在5’端携带直接重复（图3）。