清华大学谢震Nature子刊：控制Cas9活性的新策略

10月3日，清华信息科学与技术国家实验室谢震课题组在《Nature Communications》发表一项研究成果，首次报道了在哺乳动物细胞中，通过合理拆分Cas9/dCas9蛋白，利用多输入合成基因线路感知不同分子信号，实现了在不同类型细胞中对Cas9/dCas9活性的精确调控，为精确控制CRISPR/Cas9基因编辑工具提供了新的策略。

　　

生物通报道：使用人工合成的基因线路，对dCas9功能进行可编程的和精确的调控，以响应多个分子信号，将扩大CRISPR-Cas技术的应用范围。然而，由于现有病毒传递载体的包装限制，CRISPR-Cas治疗性基因回路的应用仍然是一种挑战。

10月3日，清华信息科学与技术国家实验室谢震课题组在《Nature Communications》发表了题为“Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells”的研究论文，首次报道了在哺乳动物细胞中，通过合理拆分Cas9/dCas9蛋白，利用多输入合成基因线路感知不同分子信号，实现了在不同类型细胞中对Cas9/dCas9活性的精确调控，为精确控制CRISPR/Cas9基因编辑工具提供了新的策略。

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CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系统通过将入侵噬菌体和质粒DNA的片段整合到 CRISPR中，并利用相应的CRISPR RNAs（crRNAs）来指导剪切与之配对的DNA序列。通过人工设计包含Cas9结合靶点序列的指导RNA（guide RNA），Cas9可用于对基因组中特异位点的切割。不仅如此，失去核酸酶活性的dCas9也可用于基因表达调控，以及DNA位点的标记。精确控制Cas9/dCas9的功能，有助于实现特定时间、特定细胞的表达，进一步拓展CRISPR/Cas系统的应用范围。

在该项研究中，课题组首先验证了利用内含肽拆分Cas9/dCas9的可行性，并实现了基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路。此外，课题组还利用TALE互抑制基因线路，通过感应shRNA或细胞特异性microRNA信号，实现了拆分dCas9的结构域互换，控制单个或两个不同基因的表达。该研究发展的基于内含肽拆分dCas9的结构域整合、交换策略，不仅为拆分Cas9突破基因治疗载体装载容量限制提供了新的策略，也为特异性控制dCas9活性提供了新型工具。

谢震课题组致力于合成生物学基因线路在生物学和医学上的应用。其开发的结构域可控交换策略特异性控制dCas9功能，是该课题组继2015年在《Nature Chemical Biology》报道利用TALE转录抑制子模块化拼装合成基因线路之后，对合成生物学领域的又一重要贡献。相关阅读：清华大学谢震博士Nature子刊发表合成生物学突破性成果。

（生物通：王英）

作者简介：
谢 震
生物信息学部，合成与系统生物学中心
清华信息科学与技术国家实验室
•2012.01 - 至今，清华大学，特别研究员，国家‘****’计划获得者
•2010.07 - 2011.12, 麻省理工学院，博士后，生物工程系，计算机科学与人工智能实验室
•2006.10 - 2010.07, 哈佛大学，博士后，FAS 系统生物学中心
•2002.01 - 2006.12, 内华达大学拉斯维加斯分校，博士，生物系
•1998.09 - 2001.07, 山东农业大学，硕士，园艺系
•1994.09 - 1998.07, 山东农业大学，学士，园艺系
他主要研究方向为合成生物学，着重于哺乳动物细胞分子信息感知处理的基因元件、模块开发与定量描述，基因线路组装与基因组整合技术平台开发，以期开拓合成生物学在癌症基因治疗、细胞治疗和疫苗开发上的应用。

生物通推荐原文摘要：
Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells
Abstract: Programmable and precise regulation of dCas9 functions in response to multiple molecular signals by using synthetic gene circuits will expand the application of the CRISPR-Cas technology. However, the application of CRISPR-Cas therapeutic circuits is still challenging due to the restrictive cargo size of existing viral delivery vehicles. Here, we construct logic AND circuits by integrating multiple split dCas9 domains, which is useful to reduce the size of synthetic circuits. In addition, we engineer sensory switches by exchanging split dCas9 domains, allowing differential regulations on one gene, or activating two different genes in response to cell-type specific microRNAs. Therefore, we provide a valuable split-dCas9 toolkit to engineer complex transcription controls, which may inspire new biomedical applications.