CRISPR-Cas系统作为细菌和古菌抵御外源病毒入侵的适应性免疫系统,因其核酸酶和可编程靶向的特点被开发成基因编辑工具并广泛应用。然而,天然的CRISPR-Cas9、CRISPR-Cas12a等基因编辑工具存在着体内无法在“时间”和“空间”上被精确控制应用的限制,因此研究者们为了解决这一问题,开发了一系列外源性、可诱导型的CRISPR-Cas基因编辑工具,例如通过蓝光和小分子药物对体内的CRISPR-Cas系统进行“开(on)和关(off)”。但是,这些调控机制都是通过引入外源信号对内源性CRISPR系统进行调控,存在着诱导性差、精确度低等缺点,因此如何开发细胞内源信号调控的CRISPR-Cas系统十分重要。RNA甲基化作为细胞内表观遗传调控的主要途径之一,是细胞增殖以及调控胞内蛋白-RNA相互作用的主要手段。
2023年5月9日,北京生物结构前沿研究中心刘俊杰课题组合作在《化学科学》(Chemical Science)杂志发表了题目为《基于引导RNA甲基化与去甲基化调控CRISPR-Cas12a系统》的研究论文。作者设计出了基于甲基化修饰的诱导型CRISPR-dCas12a基因转录调控策略,并成功实现了细胞内由去甲基化酶严格诱导控制的CRISPR基因表达激活。该研究为体内严格控制CRISPR-Cas系统提供了新的思路,进一步提高了基因编辑疗法的安全性和可控性。
图1. 基于甲基化修饰的诱导型CRISPR-Cas12a系统设计示意图
清华大学化学系张新荣教授、张四纯教授与生命学院/北京生物结构前沿研究中心刘俊杰助理教授为本文的共同通讯作者。清华大学化学系已毕业博士生胡志安,清华大学生命学院博士生孙奥为本文共同第一作者,共同承担设计和进行实验。其他化学系同学协助课题的完成。