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，在化學生物學、生物醫(yī)學及基因治療中具有潛在應用前景。CRISPR-Cas9技術使用向導RNA（sgRNA）識別靶標基因，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合作用，現(xiàn)有CRISPR-Cas9技術應用于基因編輯時存在一定的脫靶效應，且缺乏對疾病細胞的選擇性，限制了其在化學生物學領域的應用。 

中國科學院化學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)了一種正交化學激活的酶誘導的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技術中面臨的基因編輯脫靶效應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技術開展研究，發(fā)展了酶誘導的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、自封閉失活的向導RNA（bsgRNA）以及化學修飾的脫氧核酶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，他們通過設計優(yōu)化DNAzyme磷酸骨架的化學修飾，抑制了其降解bsgRNA自封閉區(qū)的能力；而外源性光信號、內源性化學微環(huán)境（如細胞內活性氧、NQO1酶）等可選擇性觸發(fā)化學修飾DNAzyme的脫籠反應，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技術中面臨的基因編輯脫靶效應以及缺乏疾病靶向性等挑戰(zhàn)提供了新策略。