中大新聞網(wǎng)訊（通訊員林嬌）生物體內(nèi)，復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)是細(xì)胞發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。特定環(huán)境下，不同基因間相互交流將決定細(xì)胞命運(yùn)。發(fā)展操控生物系統(tǒng)分子工具的一個(gè)重要目標(biāo)是能夠人為構(gòu)建基因回路以調(diào)控細(xì)胞功能或控制細(xì)胞表型。比如，細(xì)胞內(nèi)原本獨(dú)立表達(dá)的X與Y兩個(gè)基因，在引入人為構(gòu)建的合成回路后，RNA-X能發(fā)揮調(diào)控RNA-Y表達(dá)的作用（圖1）。試想，在癌細(xì)胞中，如果X為原癌基因， Y為抑癌基因，在兩者間建立基因回路，以原癌基因誘發(fā)抑癌基因表達(dá)，將可能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞癌變的源頭防治；而如果X為病毒基因，Y為免疫相關(guān)基因，入侵的病毒引起某些免疫相關(guān)基因的表達(dá)，將可能實(shí)現(xiàn)劇烈地激活免疫反應(yīng)以清除病毒。因此，建立細(xì)胞內(nèi)源基因的關(guān)聯(lián)調(diào)控將可能為細(xì)胞引入主動(dòng)防御機(jī)制，以調(diào)節(jié)其在不同環(huán)境下的響應(yīng)行為，而這也是人工改造細(xì)胞的一個(gè)重要目的。
圖1 人為構(gòu)建內(nèi)源基因調(diào)控回路的概念圖
依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的動(dòng)態(tài)RNA技術(shù)為構(gòu)建基因回路提供了一種通用方法。同時(shí)，迅猛發(fā)展的CRISPR/Cas9技術(shù)為基因表達(dá)調(diào)控提供了有效工具。中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院徐亮教授課題組前期的研究（圖2），通過(guò)引入雙發(fā)卡中間體調(diào)節(jié)CRISPR/Cas9功能，進(jìn)而調(diào)控目標(biāo)基因，在大腸桿菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立內(nèi)源基因間的聯(lián)系（Nucleic Acids Research, 2020, 48, 11773.）。然而，該策略涉及的組分較多，而且雙發(fā)卡的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，急需發(fā)展更加簡(jiǎn)易高效的分子工具。
圖2 雙發(fā)卡策略：引入雙發(fā)卡中間體，在獨(dú)立RNA表達(dá)之間建立調(diào)控鏈接
近日，在之前的研究基礎(chǔ)上，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院徐亮教授課題組報(bào)道了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且通用的自組裝策略（圖3），通過(guò)工具化的核酸自組裝體系并聯(lián)合可激活的CRISPR/Cas9功能實(shí)現(xiàn)了內(nèi)源RNA之間的關(guān)聯(lián)調(diào)控，在大腸桿菌中高效地建立起了完全獨(dú)立的內(nèi)源基因回路，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腸桿菌的表型控制。此外，初步探索表明此自組裝策略也同樣能夠在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)。這種RNA自組裝策略為生物體內(nèi)相互獨(dú)立的內(nèi)源基因之間構(gòu)建基因回路提供了簡(jiǎn)單、通用、高效的方案。該策略在理論上能夠在任意基因表達(dá)之間建立起關(guān)聯(lián)調(diào)控作用，從而在細(xì)胞內(nèi)引入新型調(diào)控途徑和信號(hào)通路。
圖3 以RNA自組裝構(gòu)筑內(nèi)源基因的關(guān)聯(lián)調(diào)控
這一成果近期以“Building Endogenous Gene Connections through RNA Self-Assembly Controlled CRISPR/Cas9 Function”為題目，發(fā)表在Journal of American Chemical Society 上，文章的第一作者是中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院2018級(jí)博士研究生林嬌，徐亮教授為通訊作者。
