CRISPR-Cas9是基于細菌/古菌的獲得性免疫系統(tǒng)而開發(fā)的新一代基因編輯技術(shù)，在化學(xué)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及基因治療中具有潛在應(yīng)用前景。CRISPR-Cas9技術(shù)使用向?qū)NA（sgRNA）識別靶標(biāo)基因，并招募Cas9核酸酶對基因組進行切割、編輯等操作。

然而，由于sgRNA識別基因組存在非特異性結(jié)合作用，現(xiàn)有CRISPR-Cas9技術(shù)應(yīng)用于基因編輯時存在一定的脫靶效應(yīng)，且缺乏對疾病細胞的選擇性，限制了其在化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。 

中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員汪銘課題組在 JACS 上發(fā)表了題為：Orthogonal Chemical Activation of Enzyme-Inducible CRISPR/Cas9 for Cell-Selective Genome Editing 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種正交化學(xué)激活的酶誘導(dǎo)的CRISPR系統(tǒng)（eiCRISPR），實現(xiàn)了細胞選擇性基因編輯。該方法為解決CRISPR-Cas9技術(shù)中面臨的基因編輯脫靶效應(yīng)以及缺乏疾病靶向性等挑戰(zhàn)提供了新策略。

汪銘課題組圍繞可控及細胞選擇性CRISPR-Cas9技術(shù)開展研究，發(fā)展了酶誘導(dǎo)的CRISPR系統(tǒng)（enzyme-inducible CRISPR，eiCRISPR），實現(xiàn)了細胞選擇性基因編輯。

eiCRISPR由三部分組成，包括Cas9核酸酶、自封閉失活的向?qū)NA（bsgRNA）以及化學(xué)修飾的脫氧核酶DNAzyme，其中DNAzyme可特異性降解bsgRNA的自封閉區(qū)進而激活CRISPR系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)可控及細胞選擇性基因編輯，他們通過設(shè)計優(yōu)化DNAzyme磷酸骨架的化學(xué)修飾，抑制了其降解bsgRNA自封閉區(qū)的能力；而外源性光信號、內(nèi)源性化學(xué)微環(huán)境（如細胞內(nèi)活性氧、NQO1酶）等可選擇性觸發(fā)化學(xué)修飾DNAzyme的脫籠反應(yīng)，激活DNAzyme并降解bsgRNA的自封閉區(qū)，進而激活eiCRISPR系統(tǒng)。

酶促反應(yīng)激活的細胞選擇性CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)

研究團隊進一步利用其發(fā)展的可降解脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送系統(tǒng)，實現(xiàn)了細胞及活體層次eiCRISPR的高效遞送和在體激活。研究發(fā)現(xiàn)，eiCRISPR可在腫瘤組織中被選擇性激活，并編輯、敲低人乳頭瘤病毒18（HPV18）E6基因，從而可用于潛在的腫瘤治療。

該方法為解決CRISPR-Cas9技術(shù)中面臨的基因編輯脫靶效應(yīng)以及缺乏疾病靶向性等挑戰(zhàn)提供了新策略。