清華新聞網10月8日電 10月3日，清華信息科學與技術國家實驗室（籌）謝震課題組在《自然·通訊》（Nature Communications）發表了題為「利用拆分dCas9結構域的整合與置換實現哺乳動物細胞的轉錄控制」（Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells）的研究論文，首次報導了在哺乳動物細胞中，通過合理拆分Cas9/dCas9蛋白，利用多輸入合成基因線路感知不同分子信號，實現了在不同類型細胞中對Cas9/dCas9活性的精確調控，為精確控制CRISPR/Cas9基因編輯工具提供了新的策略。
基於拆分dCas9的三輸入邏輯「與門」基因線路（上方）。利用TALE抑制子感應不同信號，實現dCas9蛋白結構域的互換，控制不同基因表達。
CRISPR/Cas9系統是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防禦，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系統通過將入侵噬菌體和質粒DNA的片段整合到 CRISPR中，並利用相應的CRISPR RNAs（crRNAs）來指導剪切與之配對的DNA序列。通過人工設計包含Cas9結合靶點序列的指導RNA（guide RNA），Cas9可用於對基因組中特異位點的切割。不僅如此，失去核酸酶活性的dCas9也可用於基因表達調控，以及DNA位點的標記。精確控制Cas9/dCas9的功能，有助於實現特定時間、特定細胞的表達，進一步拓展CRISPR/Cas系統的應用範圍。
在該項研究中，課題組首先驗證了利用內含肽拆分Cas9/dCas9的可行性，並實現了基於拆分dCas9的三輸入邏輯「與門」基因線路。此外，課題組還利用TALE互抑制基因線路，通過感應shRNA或細胞特異性microRNA信號，實現了拆分dCas9的結構域互換，控制單個或兩個不同基因的表達。該研究發展的基於內含肽拆分dCas9的結構域整合、交換策略，不僅為拆分Cas9突破基因治療載體裝載容量限制提供了新的策略，也為特異性控制dCas9活性提供了新型工具。
謝震課題組致力於合成生物學基因線路在生物學和醫學上的應用。其開發的結構域可控交換策略特異性控制dCas9功能，是該課題組繼2015年在《自然·化學生物學》報導利用TALE轉錄抑制子模塊化拼裝合成基因線路之後，對合成生物學領域的又一重要貢獻。
清華信息科學與技術國家實驗室謝震研究員是該論文的通訊作者，清華大學自動化系博士生馬大程是該文的第一作者，自動化系碩士生彭曙光為該文的共同第一作者。該研究得到了科技部973計劃、清華信息科學與技術國家實驗室的資助。
論文連結： http://www.nature.com/articles/ncomms13056
供稿：信息學院 編輯：李華山