RNA剪接是将Pre-mRNA中的内含子移除同时将外显子连接形成成熟mRNA的过程，是真核细胞基因表达的关键步骤。基因突变导致的剪接异常如外显子跳跃和内含子保留，会引起蛋白质的缺失或功能异常，导致疾病的发生。RNA剪接调节剂可通过纠正异常剪接恢复突变基因的功能。以Risdipalm和Branaplam为代表的小分子剪接调节剂以其可直接作用于pre-mRNA的新机制获得了极大的关注。目前，小分子剪接调节剂的发现主要通过表型筛选发现苗头化合物。荧光报告基因实验（Minigene reporter assay）是常用的高通量筛选方法（图1）。该方法将目标外显子及其相邻的序列构建到报告质粒中，通过检测荧光素酶活性确定目标外显子的剪接模式和小分子的剪接调节活性。然而，该方法中的目标外显子脱离了自然的基因序列环境，忽略了潜在的顺式作用元件的功能。
图1 近日，研究人员开发了一种酶片段互补分析实验用于筛选小分子剪接调节剂，该方法可以保留整个目标基因的序列，使其更接近自然情况下的剪接过程（图2）。作者利用CRISPR巧妙地将一段小的β-半乳糖苷酶蛋白标签插入到目的基因中，该标签蛋白可与另一片段组合成完整的β-半乳糖苷酶。当异常剪接导致含有该标签的表达产物不能稳定存在时，则不表现出β-半乳糖苷酶活性。从而将剪接模式与目标基因剪接亚型产物的稳定性关联起来。 图2 作为概念验证，作者构建了一个检测SMN2基因7号外显子（exon 7）剪接模式的模型。在脊髓性肌肉萎缩症（SMA）患者中， SMN1因突变丧失编码SMN蛋白的功能，而SMN2则由于异常剪接导致超过80%产物缺失7号外显子，该异常蛋白产物因稳定性差被快速降解。作者在胶质母细胞瘤干细胞中，通过CRISPR/cas9使用SMN1特异性的sgRNA成功对SMN1进行敲除，建立了SMA表型。之后在发现蛋白标签在氮端的活性更高时，利用CRISPR/cas9将编码标签蛋白的基因插入到SMN2的5’端，成功构建了细胞筛选模型（图3A）。作者随后优化了实验条件使其适用于高通量筛选并使用已知的SMN2剪接调节剂验证了方法的可行性 （图3B, C）。作者同样对比了该EFC实验与荧光报告基因实验和western blots实验用于检测剪接亚型产物的区别，发现EFC实验与荧光报告基因实验结果更相似，而western blots实验更灵敏。 图3 需要指出的是，该方法依赖于剪接亚型产物的稳定性差异，如缺少7号外显子 的SMN蛋白易降解而不能稳定表达标签蛋白。不过，如果可以在目标基因的其中一个剪接亚型中引入移码突变来造成蛋白产物稳定性差异，那么该方法也同样适用。 论文信息 CRISPR-Mediated Enzyme Fragment Complementation Assay for Quantification of the Stability of Splice Isoforms Dr. Zhichao Tang,Shalakha Hegde,Dr. Junxing Zhao,Dr. Shoutian Zhu, Dr. Kristen A. Johnson, Prof. Christian L. Lorson, Prof. Jingxin Wang ChemBioChem DOI: 10.1002/cbic.202200012
