




人类基因组被广泛转录为 RNA,并编码了数千种长链非编码 RNA(lncRNA),这些 lncRNA 通常经过剪接和多聚腺苷酸化,但不被翻译成蛋白质。在已注释的 lncRNA 中,仅有极少数(<1%)与明确的功能作用相关。在这些罕见情况下,lncRNA 已被发现能够吸附 miRNA、阻断翻译、形成生物分子凝聚体、编码微肽,以及调控蛋白质或 RNA 等。由于其序列保守性低、丰度低且表达具有细胞类型特异性,使得它们难以与不稳定的转录噪音区分开来。尽管全基因组范围的生物信息学分析和比较测序研究已鉴定出一些保守的 lncRNA,提示其可能具有功能作用,但后续的实验验证仍局限于低通量研究,每次仅针对单个 lncRNA 进行。
近年来,CRISPR 干扰(CRISPRi)和CRISPR激活(CRISPRa)筛选技术已被用于鉴定功能性 lncRNA。尽管这些方法具有重要价值,但这些基于 CRISPR-Cas9 的方法常常存在非预期的上靶活性(on-target activity)问题,即在目标基因组位点结合的同时,会干扰附近其他基因。此外,对 lncRNA 位点进行 DNA 层面的扰动,也可能抑制与该 lncRNA 转录本无关的功能性 DNA 元件。
为克服上述局限性,研究团队开发了靶向 RNA 的 CRISPR 筛选技术,可系统性地以转录本和链特异性方式干扰 lncRNA,确保不会意外调控位点附近基因或功能 DNA 元件。在这项研究中,研究团队利用大规模并行 CRISPR-Cas13 正向转录组筛选,在五种不同的人类细胞系中干扰了约 5500 个 lncRNA,鉴定出一组共有的必需 lncRNA,比较其与邻近蛋白质编码基因的必需性,分析单细胞水平上的转录组变化,并揭示它们在发育和癌症进展中的关键作用。
这项研究修正了该团队之前发表于 Cell 的工作(已撤稿),研究中所有的 gRNA 均经过筛选,以避免在人类转录组其他位置产生脱靶效应,这使得被检测的 lncRNA 数量从之前的 6199 个减少至现在的 5496 个。研究团队还在全部五种人细胞系(HAP1、HEK293T、K562、MDA-MB-231、THP1)中进行了更深入的 RNA 测序,从而获得了更多表达的 lncRNA(每个细胞系约 4000 个)。
综合来看,利用更新后的 gRNA 文库和更深入的转录组分析,研究团队鉴定出了 788 个必需 lncRNA,这 788 个 lncRNA 对细胞存活至关重要,其中 82%(646 个)具有细胞类型特异性,其余 18%(142 个)在多个细胞系中均表现出必需性。

研究团队进一步通过单个扰动实验验证了这些 lncRNA 的必需性,发现大多数必需 lncRNA 的作用独立于其邻近的蛋白编码基因。通过单细胞转录组分析,研究团队发现,必需 lncRNA 的缺失会损害细胞周期进程并诱导细胞凋亡。许多必需 lncRNA 在发育过程中表现出组织特异性的动态表达模式。研究团队进一步利用约 9000 例原发肿瘤样本,确定了那些在肿瘤中表达水平与患者生存期相关的 lncRNA,从而发现了新的生物标志物和潜在治疗靶点。例如,PVT1 的高表达与三种癌症类型(胶质瘤、葡萄膜黑色素瘤和肾透明细胞癌)的较差总生存期以及与两种癌症类型(胶质瘤和葡萄膜黑色素瘤)的较差无进展生存期相关。

研究团队表示,尽管进行了这些重要修正,并提供了更新版的必需 lncRNA 列表,但之前研究中的原始结论仍然保持不变。

总的来说,这项针对功能性 lncRNA 的全转录组筛选,加深了我们对非编码转录本的理解,并展示了 Cas13 介导的转录组规模非编码 RNA 筛选的巨大潜力。
https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(26)00115-1




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