清華謝震研究組在《自然·通訊》發(fā)文報(bào)道控制Cas9活性的新策略

清華新聞網(wǎng)10月8日電 10月3日，清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室（籌）謝震課題組在《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表了題為“利用拆分dCas9結(jié)構(gòu)域的整合與置換實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄控制”（Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells）的研究論文，首次報(bào)道了在哺乳動(dòng)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(hào)，實(shí)現(xiàn)了在不同類型細(xì)胞中對(duì)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。

基于拆分dCas9的三輸入邏輯“與門”基因線路（上方）。利用TALE抑制子感應(yīng)不同信號(hào)，實(shí)現(xiàn)dCas9蛋白結(jié)構(gòu)域的互換，控制不同基因表達(dá)。

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(duì)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(duì)的DNA序列。通過人工設(shè)計(jì)包含Cas9結(jié)合靶點(diǎn)序列的指導(dǎo)RNA（guide RNA），Cas9可用于對(duì)基因組中特異位點(diǎn)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(diǎn)的標(biāo)記。精確控制Cas9/dCas9的功能，有助于實(shí)現(xiàn)特定時(shí)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(xiàng)研究中，課題組首先驗(yàn)證了利用內(nèi)含肽拆分Cas9/dCas9的可行性，并實(shí)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(hào)，實(shí)現(xiàn)了拆分dCas9的結(jié)構(gòu)域互換，控制單個(gè)或兩個(gè)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《自然·化學(xué)生物學(xué)》報(bào)道利用TALE轉(zhuǎn)錄抑制子模塊化拼裝合成基因線路之后，對(duì)合成生物學(xué)領(lǐng)域的又一重要貢獻(xiàn)。

清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室謝震研究員是該論文的通訊作者，清華大學(xué)自動(dòng)化系博士生馬大程是該文的第一作者，自動(dòng)化系碩士生彭曙光為該文的共同第一作者。該研究得到了科技部973計(jì)劃、清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室的資助。

論文鏈接： http://www.nature.com/articles/ncomms13056

供稿：信息學(xué)院 編輯：李華山