清華大學(xué)謝震Nature子刊：控制Cas9活性的新策略

2016年10月15日訊 使用人工合成的基因線路，對dCas9功能進(jìn)行可編程的和精確的調(diào)控，以響應(yīng)多個分子信號，將擴大CRISPR-Cas技術(shù)的應(yīng)用范圍。然而，由于現(xiàn)有病毒傳遞載體的包裝限制，CRISPR-Cas治療性基因回路的應(yīng)用仍然是一種挑戰(zhàn)。

10月3日，清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實驗室謝震課題組在《Nature Communications》發(fā)表了題為“Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells”的研究論文，首次報道了在哺乳動物細(xì)胞中，通過合理拆分Cas9/dCas9蛋白，利用多輸入合成基因線路感知不同分子信號，實現(xiàn)了在不同類型細(xì)胞中對Cas9/dCas9活性的精確調(diào)控，為精確控制CRISPR/Cas9基因編輯工具提供了新的策略。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)是細(xì)菌和古細(xì)菌在長期演化過程中形成的一種適應(yīng)性免疫防御，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系統(tǒng)通過將入侵噬菌體和質(zhì)粒DNA的片段整合到 CRISPR中，并利用相應(yīng)的CRISPR RNAs（crRNAs）來指導(dǎo)剪切與之配對的DNA序列。通過人工設(shè)計包含Cas9結(jié)合靶點序列的指導(dǎo)RNA（guide RNA），Cas9可用于對基因組中特異位點的切割。不僅如此，失去核酸酶活性的dCas9也可用于基因表達(dá)調(diào)控，以及DNA位點的標(biāo)記。精確控制Cas9/dCas9的功能，有助于實現(xiàn)特定時間、特定細(xì)胞的表達(dá)，進(jìn)一步拓展CRISPR/Cas系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

在該項研究中，課題組首先驗證了利用內(nèi)含肽拆分Cas9/dCas9的可行性，并實現(xiàn)了基于拆分dCas9的三輸入邏輯“與門”基因線路。此外，課題組還利用TALE互抑制基因線路，通過感應(yīng)shRNA或細(xì)胞特異性microRNA信號，實現(xiàn)了拆分dCas9的結(jié)構(gòu)域互換，控制單個或兩個不同基因的表達(dá)。該研究發(fā)展的基于內(nèi)含肽拆分dCas9的結(jié)構(gòu)域整合、交換策略，不僅為拆分Cas9突破基因治療載體裝載容量限制提供了新的策略，也為特異性控制dCas9活性提供了新型工具。

謝震課題組致力于合成生物學(xué)基因線路在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。其開發(fā)的結(jié)構(gòu)域可控交換策略特異性控制dCas9功能，是該課題組繼2015年在《Nature Chemical Biology》報道利用TALE轉(zhuǎn)錄抑制子模塊化拼裝合成基因線路之后，對合成生物學(xué)領(lǐng)域的又一重要貢獻(xiàn)。

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