红光激活的REDMAPCre系统：实现哺乳动物细胞和转基因小鼠高效基因组编辑的新工具

研究人员开发了基于红光(660 nm)调控的REDMAPCre重组酶系统，通过优化△PhyA/FHY1异源二聚化平台，解决了现有光控Cre工具在DNA重组效率、背景激活和组织穿透性等方面的局限。该系统在1秒光照下即可激活，报告基因表达较背景提高85倍，成功应用于小鼠肝脏和肌肉组织的靶向基因编辑，并构建了首个红光诱导的Cre转基因小鼠品系，为时空特异性基因组工程提供了创新工具。

　　

在基因组编辑领域，实现时空特异性的基因操作一直是科学家们追求的目标。传统化学诱导的Cre-loxP系统缺乏空间精度，而现有的光控Cre工具又受限于蓝光组织穿透性差、背景活性高和激活速度慢等问题。更令人困扰的是，红光/远红光系统往往需要数小时持续光照，且尚未成功构建相应的转基因动物模型。这些技术瓶颈严重制约了在体研究的精确性和应用范围。

华东师范大学生物医学合成生物学研究中心的科研团队在《Nucleic Acids Research》发表的研究中，开发了革命性的REDMAP_Cre系统。该系统基于红光敏感的△PhyA/FHY1异源二聚化平台，通过将Cre重组酶拆分为FHY1-CreN和△PhyA-CreC两个片段，并优化连接肽设计（L3/L5 linker），实现了在PCB色素存在下，仅需1秒660 nm光照即可高效激活DNA重组。研究人员采用多模态验证策略：通过SEAP报告基因系统定量重组效率（85倍诱导），利用AAV8/9载体实现肝脏和肌肉组织的靶向递送，并成功构建了全球首个红光诱导的Cre转基因小鼠品系。

关键技术方法包括：（1）构建△PhyA-CreC/FHY1-CreN融合蛋白表达系统；（2）采用SEAP/luciferase/tdTomato多报告基因评估重组效率；（3）AAV8/9载体介导的肝脏/肌肉组织靶向递送；（4）CRISPR-Cas9构建REDMAP_Cre转基因小鼠；（5）UHRF1过表达和DTA消融模型验证功能应用。

【设计优化】通过系统筛选FHY1-CreN/△PhyA-CreC组合和L5 linker，获得最高85倍诱导效率的构型。AlphaFold预测显示L5 linker与△PhyA形成刚性螺旋结构，有效降低背景活性。

【性能表征】在HEK-293T等5种细胞系中验证广谱适用性，对多种loxP变体（lox2272等）保持活性。1秒0.3 mW/cm²光照即可达到50%最大重组效率，显著优于FISC和RedPA-Cre系统。

【动物应用】HTV注射实验显示1秒光照即可诱导肝脏tdTomato表达（qPCR验证7.8倍升高）。单载体AAV9（miniFHY1-CreN-P2A-△PhyA-CreC）肌肉递送实现特异性重组。

【转基因模型】Rosa26位点敲入的REDMAP_Cre小鼠经AAV8-loxP-STOP-loxP-Luciferase验证，光照组信号增强15倍。与Ai14小鼠杂交获得的双转基因模型显示，200 mg/kg PCB联合1小时光照可在肝（88.6%）、脑等多器官诱导重组。

【功能验证】在REDMAP_Cre:Rosa-LSL-UHRF1小鼠中，红光诱导UHRF1过表达导致胰岛素抵抗（ITT AUC增加35%）和肝脂沉积（Oil Red O染色阳性）；REDMAP_Cre:Rosa-LSL-DTA模型实现红光控制的肝细胞消融（AST/ALT升高2倍，TUNEL阳性）。

该研究突破了现有光遗传学工具的局限性：红光穿透性解决深部组织编辑难题，双因素（PCB+光照）控制避免环境光干扰，1秒级快速激活实现精准时序调控。所构建的转基因小鼠模型为代谢疾病（如UHRF1介导的胰岛素抵抗）和细胞消融研究提供了全新平台。技术优势体现在：（1）单AAV兼容性（<4.7 kb）利于临床转化；（2）与Dre等重组酶系统联用支持布尔逻辑门控编辑；（3）局部激光照射实现亚器官精度操控。这项研究为发育生物学、疾病建模和基因治疗等领域提供了强有力的工具支持。