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,。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。因此,，通過使用合成基因線路,，準(zhǔn)確和定制化地調(diào)節(jié)dCas9功能，從而響應(yīng)多種分子信號將會擴(kuò)展CRISPR/Cas技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用,。然而,，由于現(xiàn)存病毒遞送載體容量大小的限制，使用基于CRISPR/Cas系統(tǒng)用于疾病治療的基因線路仍然有很大的挑戰(zhàn),。
但近期,，清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室（籌）謝震課題組在減少基于CRISPR/Cas的基因線路大小這一方面取得突破性進(jìn)展。該課題組于2016年10月3日在《自然˙通訊》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(bào)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,，如細(xì)胞特異的microRNA，實(shí)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,。
在這項(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,，通過拆分dCas9的結(jié)構(gòu)域并進(jìn)行互換實(shí)現(xiàn)了控制單個(gè)或兩個(gè)不同基因表達(dá)的基因開關(guān),。總的來說,，該研究提供了一種有價(jià)值的拆分dCas9的工具,，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄控制，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值,。
謝震課題組開發(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，對合成生物學(xué)領(lǐng)域的又一重要貢獻(xiàn),。
謝震研究員是該論文的通訊作者,，清華大學(xué)自動化系博士生馬大程是該文的第一作者，自動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。
