基因提供了蛋白质生产的蓝图，生物学的一个关键原则是信息从DNA转移到RNA，最后转移到蛋白质。然而，只有2%的基因组负责编码蛋白质，其余98%的功能在很大程度上仍是一个谜。人类遗传学的一个主要挑战是揭示这些基因组区域的作用（如果有的话）。历史上，许多人将这些区域视为“垃圾”。发表在期刊《Cell》上的新研究揭示了一些非编码RNA确实是功能性的，并在我们的细胞内具有重要作用，特别是在癌症和人类发育方面。
基因提供了蛋白质生产的蓝图，生物学的一个关键原则是信息从DNA转移到RNA，最后转移到蛋白质。然而，只有2%的基因组负责编码蛋白质，其余98%的功能在很大程度上仍是一个谜。
人类遗传学中的一个关键挑战是理解这些非编码区域的目的——如果它们确实有任何功能的话。过去，有人将我们DNA的这些部分称为“垃圾”。
《Cell》中的最新发现表明，某些非编码RNA不仅仅是填充物——它们具有重要功能，并对各种细胞过程至关重要，包括与癌症和人类生长相关的过程。通过利用针对RNA的CRISPR技术，纽约大学和纽约基因组中心的研究人员探索了基因组，识别出近800个对各种人类组织细胞功能至关重要的非编码RNA。
“对功能性非编码RNA的研究增强了我们对人类基因组的理解，并展示了针对RNA的CRISPR筛选的可能性——即使这些RNA不产生蛋白质，”纽约大学副教授、研究的高级作者内维尔·桑贾纳解释道。
更精确的针对RNA的CRISPR
CRISPR基因编辑技术的引入改变了医学研究，提供了从提高农业产量到通过修改血细胞中的DNA来治疗血液病的多种应用。
许多CRISPR技术利用酶Cas9进行DNA级别的编辑。一种较新的方法使用Cas13，可以更精确地针对RNA，而不干扰临近的编码蛋白质的基因和其他调控功能。桑贾纳的团队之前展示了如何改进CRISPR-Cas13方法，以评估整个转录组——即RNA派生的遗传信息。
尽管许多研究已采用测序工具分析RNA表达，但确定特定RNA分子是否对细胞功能是必要的却具有挑战性。
“我们现在拥有这种技术，但一个关键的生物学问题依然存在：非编码基因组的哪些方面是功能性的？”《Cell》研究的共同第一作者，桑贾纳实验室的博士后研究员西蒙·穆勒质疑道。
毕竟不是垃圾
通过利用CRISPR-Cas13编辑RNA，同时最小化偏离目标的效果，研究人员仔细分析了约6200对长非编码RNA（lncRNA）及其邻近的编码基因在五种不同的人类细胞系中的关系，包括来自肾脏、白血病和乳腺癌的细胞。他们利用CRISPR干扰每个lncRNA，以观察其影响——细胞是死亡、停止增殖还是存活——以评估lncRNA的必要性。
“有了Cas13，我们可以直接询问，‘这些转录本的角色是什么？’它们不是垃圾；我们发现它们对于细胞的生长和分裂至关重要，”《Cell》研究的共同第一作者、桑贾纳实验室的博士后助理梁文韦表示。
研究识别出778个对细胞功能至关重要的lncRNA，其中包括一个46个lncRNA的核心组，这些lncRNA是普遍必需的，以及732个与特定细胞类型相关的具有特定功能的lncRNA。
在将必需的lncRNA与蛋白质编码基因进行比较时，研究人员注意到，如果某个基因在五个细胞系中的一个是必需的，它可能在其他细胞系中也同样必需。相反，必需lncRNA的功能重要性更多地依赖于细胞类型。他们希望调查必需的lncRNA是否对附近的编码基因产生影响，这在以前的非编码RNA研究中并未考察过。他们发现大多数必需的lncRNA在功能上与最近的编码基因是独立的。
此外，研究团队发现必需的lncRNA在调控细胞增殖的主要路径中发挥作用——这一过程对人类发育和癌症至关重要——并且它们的缺失可能会阻碍细胞的进展并促进细胞死亡。值得注意的是，几个必需的lncRNA在早期人类发育期间在不同组织中表现出高表达，但在后期下降，表明它们在发育过程中发挥了关键作用。
在分析大约9000个肿瘤时，团队识别出在特定肿瘤中表达改变的lncRNA，并将其表达水平与不同癌症患者的生存率关联起来。
“这些非编码RNA可能为癌症治疗提供新的生物标志物和治疗靶点，为基于它们特定细胞类型表达的个性化医学提供了机会，”桑贾纳补充道。
这项研究的共同作者包括来自纽约大学和纽约基因组中心的西德尼·哈特、汉斯-赫尔曼·韦塞尔斯、亚历杭德罗·门德斯-曼西拉、阿卡什·苏克迪奥、奥利维亚·崔、克里斯蒂娜·卡拉吉内、阿尔巴·科尔曼、卢·卢、奥尔娜·科伦巴和布里安娜·威廉姆斯。该研究得到了国家人类基因组研究所（DP2HG010099，R01HG012790）、国家癌症研究所（R01CA279135和R01CA218668）、国家过敏和传染病研究所（R01AI176601）、西蒙斯自闭症研究基金会和麦克米伦中心的支持。
