清华谢震研究组在《自然·通讯》发文报道控制Cas9活性的新策略

清华新闻网10月8日电 10月3日，清华信息科学与技术国家实验室（筹）谢震课题组在《自然·通讯》（Nature Communications）发表了题为“利用拆分dCas9结构域的整合与置换实现哺乳动物细胞的转录控制”（Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells）的研究论文，首次报道了在哺乳动物细胞中，通过合理拆分Cas9/dCas9蛋白，利用多输入合成基因线路感知不同分子信号，实现了在不同类型细胞中对Cas9/dCas9活性的精确调控，为精确控制CRISPR/Cas9基因编辑工具提供了新的策略。

基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路（上方）。利用TALE抑制子感应不同信号，实现dCas9蛋白结构域的互换，控制不同基因表达。

CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系统通过将入侵噬菌体和质粒DNA的片段整合到 CRISPR中，并利用相应的CRISPR RNAs（crRNAs）来指导剪切与之配对的DNA序列。通过人工设计包含Cas9结合靶点序列的指导RNA（guide RNA），Cas9可用于对基因组中特异位点的切割。不仅如此，失去核酸酶活性的dCas9也可用于基因表达调控，以及DNA位点的标记。精确控制Cas9/dCas9的功能，有助于实现特定时间、特定细胞的表达，进一步拓展CRISPR/Cas系统的应用范围。

在该项研究中，课题组首先验证了利用内含肽拆分Cas9/dCas9的可行性，并实现了基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路。此外，课题组还利用TALE互抑制基因线路，通过感应shRNA或细胞特异性microRNA信号，实现了拆分dCas9的结构域互换，控制单个或两个不同基因的表达。该研究发展的基于内含肽拆分dCas9的结构域整合、交换策略，不仅为拆分Cas9突破基因治疗载体装载容量限制提供了新的策略，也为特异性控制dCas9活性提供了新型工具。

谢震课题组致力于合成生物学基因线路在生物学和医学上的应用。其开发的结构域可控交换策略特异性控制dCas9功能，是该课题组继2015年在《自然·化学生物学》报道利用TALE转录抑制子模块化拼装合成基因线路之后，对合成生物学领域的又一重要贡献。

清华信息科学与技术国家实验室谢震研究员是该论文的通讯作者，威尼斯9499登录入口自动化系博士生马大程是该文的第一作者，自动化系硕士生彭曙光为该文的共同第一作者。该研究得到了科技部973计划、清华信息科学与技术国家实验室的资助。

论文链接： http://www.nature.com/articles/ncomms13056

供稿：信息学院 编辑：李华山