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CRISPR/Cas9是源自細菌獲得性免疫系統(tǒng)的新一代基因編輯技術(shù)，在化學(xué)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及基因治療中具有潛在應(yīng)用前景。CRISPR/Cas9技術(shù)使用引導(dǎo)RNA(single-guide RNA，sgRNA)識別靶標基因，并招募Cas9核酸酶對基因組進行切割、編輯等操作。然而，由于sgRNA識別基因組存在非特異性結(jié)合作用，現(xiàn)有CRISPR/Cas9技術(shù)應(yīng)用于基因編輯時存在一定的脫靶效應(yīng)，且缺乏對疾病細胞的選擇性，限制了其在化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。 

在科技部、基金委和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)所活體分析化學(xué)院重點實驗室汪銘課題組圍繞可控及細胞選擇性CRISPR/Cas9技術(shù)開展研究，發(fā)展了酶誘導(dǎo)的CRISPR系統(tǒng)（enzyme-inducible CRISPR, eiCRISPR），實現(xiàn)了細胞選擇性基因編輯。eiCRISPR由三部分組成，包括Cas9核酸酶、自封閉失活的引導(dǎo)RNA（bsgRNA）以及化學(xué)修飾的脫氧核酶DNAzyme，其中DNAzyme可特異性降解bsgRNA的自封閉區(qū)進而激活CRISPR系統(tǒng)。為了實現(xiàn)可控及細胞選擇性基因編輯，他們通過設(shè)計優(yōu)化DNAzyme磷酸骨架的化學(xué)修飾，抑制了其降解bsgRNA自封閉區(qū)的能力。而外源性光信號、內(nèi)源性化學(xué)微環(huán)境（如細胞內(nèi)活性氧、NQO1酶）等可選擇性觸發(fā)化學(xué)修飾DNAzyme的脫籠反應(yīng)，激活DNAzyme并降解bsgRNA的自封閉區(qū)，進而激活eiCRISPR系統(tǒng)。進一步，研究人員利用課題組發(fā)展的可降解脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送系統(tǒng)，實現(xiàn)了細胞及活體層次eiCRISPR的高效遞送和在體激活。研究發(fā)現(xiàn)，eiCRISPR可在腫瘤組織中選擇性激活，并編輯、敲低人乳頭瘤病毒18（HPV18）E6基因，從而用于潛在的腫瘤治療。該方法為解決CRISPR/Cas9技術(shù)中面臨的基因編輯脫靶效應(yīng)以及缺乏疾病靶向性等挑戰(zhàn)提供了新策略。該研究工作近期發(fā)表于J. Am. Chem. Soc. （2022, 144, 22272-22280），論文第一作者為博士研究生蔡瑋琦，通訊作者為汪銘研究員。 

圖.  酶促反應(yīng)激活的細胞選擇性CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)

參考資料：http://www.iccas.ac.cn/xwzx/kyjz/202212/t20221226_6589621.html