973首席科学家Nature子刊发表CRISPR新文章

　　

生物通报道  来自深圳大学第一附属医院的研究人员基于CRISPR-Cas9系统，构建出了可以鉴别、靶向和控制膀胱癌细胞的与门（AND gate）遗传回路。这一重要的研究成果发表在11月6日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

国家973计划首席科学家蔡志明（Zhiming Cai）教授以及深圳大学第一附属医院的黄卫人（Weiren Huang）博士是这篇论文的共同通讯作者。蔡志明教授主要研究方向为泌尿生殖系统肿瘤、男性不育的发病机制和转化医学研究。并担任中组部“****”等高层次人才评审专家，国内外多个学术刊物主编、副主编、编委，Nature Genetics 等国际著名刊物审稿专家。黄卫人博士主要开展肿瘤合成生物学治疗、泌尿生殖系统肿瘤发生机制、生殖医学研究。

膀胱癌是泌尿系中最常见的恶性肿瘤，构成膀胱的各种组织均可发生癌变。膀胱癌可分为2大类，即从上皮组织发生的肿瘤如移性上皮癌、腺癌及鳞状上皮癌和其他非上皮细胞性肿瘤。膀胱癌在中国的发病率和死亡率均占泌尿系肿瘤的首位。目前，中国男性膀胱癌的年发病率已达十万分之八，并呈逐年上升的趋势。

由于膀胱癌早发现早治疗比较困难，晚期癌症患者往往会失去手术的机会。癌症治疗一直存在癌细胞和正常细胞“通杀”，病人对放疗和化疗容易耐药等一系列的技术瓶颈，严重影响病人的治疗效果。

近年来，蔡志明教授提出了“用合成生物器件来干预膀胱癌”的新思路：通过筛选膀胱癌有效治疗靶点，注入细菌和T淋巴细胞，合成具有个性化攻击力的“武器”，直捣癌变老巢。致力推动癌症治疗实现“私人定制”。

CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats)/Cas是源于细菌及古细菌中的一种后天免疫系统，它可利用靶位点特异性的RNA指导Cas蛋白对靶位点序列进行修饰。直到近年，科学家们才开始利用这一系统在活体动物基因组中生成靶向突变，删除原有的基因或插入新基因。迄今为止，研究人员已将CRISPR/Cas系统成功应用于人类、小鼠、斑马鱼、家蚕、果蝇、酵母、拟南芥及水稻等多个物种中。亦被用于广泛探索癌症、艾滋病等一系列人类疾病的机理及靶向治疗研究（延伸阅读：Cell子刊封面：用CRISPR技术靶向人类干细胞 ）。

在这篇文章中研究人员报告称，他们基于CRISPR-Cas9系统构建出了模块与门遗传回路。这一遗传回路整合了来自两个启动子的细胞信息作为输入端，只有当在测试细胞系中两个输入端均活化时才会激活输出信号。利用荧光素酶报告基因作为输出基因，他们证实相比于人类端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase)- 海肾萤光素酶（Renilla luciferase）构件，这一回路可以特异性地检测膀胱癌细胞，并显著提高荧光素酶的表达。

此外，通过采用其他的细胞功能基因包括hBAX、p21和E-cadherin来替代荧光素酶报告基因作为输出基因，研究人员还对设计的模块性进行了测试。结果表明，通过调控相应的基因这些回路能够有效地抑制膀胱癌细胞生长，诱导凋亡，减少细胞运动性。这种方法为体外靶向和控制膀胱癌细胞提供了一个合成生物学平台。

（生物通：何嫱）

作者简介：

蔡志明

1984年大学毕业后扎根深圳，取得医学和管理学博士学位。先后担任罗湖医院、北大深圳医院和市二医院院长19年，荣获国务院特殊津贴专家、国家级领军人才和鹏程杰出人才等荣誉，两次获评“全国优秀院长”。曾担任国家“****”、“****”和多家国际顶级学术刊物的评审专家。

黄卫人

博士、副研究员，北京大学博士后，香港科技大学高级访问学者，深圳市政府高层次领军人才。主要开展肿瘤合成生物学治疗、泌尿生殖系统肿瘤发生机制、生殖医学研究。主持完成国家自然科学基金1项、中国博士后基金1项、深圳市科技创新委项目2项，作为学术骨干参与国家重点基础研究计划（973）1项，国家高技术研究发展计划（863计划）1项，已发表SCI收录论文10余篇，申报专利6项。主要负责中心实验室个体化分子诊断、临床检验业务。

生物通推荐原文摘要：

Synthesizing AND gate genetic circuits based on CRISPR-Cas9 for identification of bladder cancer cells

The conventional strategy for cancer gene therapy offers limited control of specificity and efficacy. A possible way to overcome these limitations is to construct logic circuits. Here we present modular AND gate circuits based on CRISPR-Cas9 system. The circuits integrate cellular information from two promoters as inputs and activate the output gene only when both inputs are active in the tested cell lines. Using the luciferase reporter as the output gene, we show that the circuit specifically detects bladder cancer cells and significantly enhances luciferase expression in comparison to the human telomerase reverse transcriptase-renilla luciferase construct. We also test the modularity of the design by replacing the output with other cellular functional genes including hBAX, p21 and E-cadherin. The circuits effectively inhibit bladder cancer cell growth, induce apoptosis and decrease cell motility by regulating the corresponding gene. This approach provides a synthetic biology platform for targeting and controlling bladder cancer cells in vitro.