來自于微生物的II型規(guī)律成簇短回文重復序列系統(tǒng)（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(nóng)作物育種等方面的一系列革命性進展，并有望在未來持續(xù)改變世界。然而，難以實現(xiàn)特異細胞的精準調(diào)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(xiàn)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(fā)育或疾病狀態(tài)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(yī)學研究所汪陽明研究組發(fā)明了一種由微小核糖核酸(miRNA)控制CRISPR開啟的技術平臺，開發(fā)出了在活細胞中監(jiān)測miRNA活性的傳感器，成功實現(xiàn)了CRISPR基因編輯體系的細胞特異調(diào)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(fā)明已申請專利。

MICR: miRNA誘導啟動的CRISPR基因編輯平臺

汪陽明研究組發(fā)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(zhì)（Cas9或者Cas9突變體融合蛋白）組成，執(zhí)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(zhì)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(chǎn)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(xiàn)了對CRISPR基因編輯系統(tǒng)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(lián)，研究人員成功實現(xiàn)了活細胞水平miRNA活性的可視化監(jiān)測，并用以指征干細胞的分化狀態(tài)。由于sgRNA的數(shù)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(diào)控。

作為這一概念的佐證，研究人員成功實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了miRNA活性呈現(xiàn)不均一調(diào)控的異質(zhì)性現(xiàn)象，且該異質(zhì)性與干細胞發(fā)育和分化相關基因的表達水平顯著關聯(lián)。MICR平臺有望廣泛應用于動植物及病毒相關系統(tǒng)的研究，成為揭示生物學新現(xiàn)象、新規(guī)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。

來源：生物通

原文標題：

A microRNA-inducible CRISPR-Cas9 platform serves as microRNA sensors and cell type specific genome regulation tools

http://dx.doi.org/10.1038/s41556-019-0292-7