北大學者Nature子刊發明控制基因編輯體系的新技術

　　來自于微生物的II型規律成簇短回文重復序列系統（Type II CRISPR）自從2012年被改造為基因編輯工具后，帶來了生物學研究、疾病治療以及農作物育種等方面的一系列革命性進展，并有望在未來持續改變世界。然而，難以實現特異細胞的精準調控限制了CRISPR基因編輯體系的應用。

　　miRNA是一類長度約22個堿基的核糖核酸分子，廣泛表達于植物，動物以及病毒中。其表達譜呈現細胞特異性，即特定細胞一般會高表達某一個或幾個miRNA，例如，心臟細胞高表達miR-1，而肝臟細胞高表達miR-122，不同的癌癥組織也會表達不同的miRNA。因此，特定miRNA的表達可以用作指征細胞發育或疾病狀態的標志物。然而，由于miRNA一般抑制基因的表達，迄今尚未有直接、靈敏且正向反應miRNA活性的生物傳感器。

　　在最新的一項研究中，科學家們將miRNA傳感器和精準控制CRISPR體系結合在一起考慮的時候，上述兩個問題都迎刃而解。

　　來自北京大學分子醫學研究所汪陽明研究組發明了一種由微小核糖核酸(miRNA)控制CRISPR開啟的技術平臺，開發出了在活細胞中監測miRNA活性的傳感器，成功實現了CRISPR基因編輯體系的細胞特異調控。

　　這一研究成果公布在2月25日的Nature Cell Biology，文章一作是王茜雯和胡魯峰。研究人員表示目前發明已申請ZL。

MICR: miRNA誘導啟動的CRISPR基因編輯平臺

　　汪陽明研究組發明的miRNA誘導啟動的CRISPR基因編輯平臺（MICR，miRNA-inducible CRISPR-Cas9 platform），簡單地說，就是給基因編輯平臺安上了一個開關，這個開關只有特定miRNA才能打開，因此可以只在特定的細胞或組織中開啟基因編輯，而不影響其他組織和細胞。

　　CRISPR基因編輯體系分為兩個部分，一個由蛋白質（Cas9或者Cas9突變體融合蛋白）組成，執行基因編輯或控制基因表達的任務；另一個是sgRNA，介導Cas9蛋白質在基因組特定位置的結合。研究人員通過設計具有miRNA結合位點的沒有活性的sgRNA前體，使得只有在特定miRNA表達的細胞中，才會通過miRNA介導的切割反應產生成熟的sgRNA, 繼而引導CRISPR基因編輯體系（包括堿基編輯、激活或者抑制特定基因表達）啟動工作。這一改造實現了對CRISPR基因編輯系統的精準控制，有望增強其在疾病治療過程中的安全性和有效性。

　　在該研究中，通過將MICR與熒光蛋白表達相偶聯，研究人員成功實現了活細胞水平miRNA活性的可視化監測，并用以指征干細胞的分化狀態。由于sgRNA的數目不受限制，因此該平臺可以感知多個miRNA并對不同基因位點進行精準調控。

　　作為這一概念的佐證，研究人員成功實現了在同一細胞中感知兩種miRNA分別開啟綠色或紅色熒光蛋白表達，并進行了簡單的“或門”計算。

　　另外，利用MICR報告基因平臺，研究人員首次在胚胎干細胞中發現了miRNA活性呈現不均一調控的異質性現象，且該異質性與干細胞發育和分化相關基因的表達水平顯著關聯。MICR平臺有望廣泛應用于動植物及病毒相關系統的研究，成為揭示生物學新現象、新規律和新機制的利器。

　　此外，MICR也將為合成生物學、基于基因編輯體系的基因治療提供新的技術手段和思路。