北京治痤疮医院 http://baidianfeng.39.net/bdfby/yqyy/生物医药学术、背景介绍：CRISPR-Cas（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats-Cas9）系统，作为一种基因操纵工具，已被广泛应用于生物医学的诸多领域。例如，在dCas9上融合转录抑制因子（如KRAB），就可以特异性地抑制目的基因，用于相关疾病防治应用。然而，现有的CRISPR-dCas9基因转录抑制方法，缺少有效调控手段，易导致治疗不足或过度治疗，限制了该方法的临床应用。因此，迫切需要建立更可控，更精准，更安全的CRISPR-Cas基因转录抑制方法。2、成果简介：针对上述问题，天津大学生命科学学院常津团队王汉杰课题组，创新性地将纳米光遗传学技术引入“CRISPR-dCas9基因转录抑制”领域，以光子为信号，激活CRISPR-dCas9系统，实现基因转录抑制的时空调控。进一步，以眼部新生血管疾病鼠为模型（血管内皮生长因子VEGF高表达的CNV和OIR模型），探讨该方法对VEGF的调控作用。该研究有望为基因转录抑制调控提供新策略，为光遗传技术拓展新的应用领域。图1光控CRISPR-dCas9纳米系统调控血管内皮生长因子治疗新生血管病变的示意图3、研究方法：纳米光遗传学CRISPR系统核心原理：通过合成生物学手段，设计构建用于光控基因转录抑制的纳米CRISPR基因传递质粒系统，包含靶向元件，光控元件和功能元件三部分，通过优化singleguideRNA，最终实现对靶基因的精准转录抑制。1）纳米光遗传学CRISPR系统构建与功能验证：为了验证CRISPR光遗传基因系统的可调控性，我们选择血管内皮生长因子VEGF作为靶基因来进行体外细胞实验。利用设计好的VEGFsingleguideRNA序列，构建质粒靶向目的基因，在光控元件的相互作用下，基因转录抑制的功能元件HDAC准确靶向目的基因VEGF。作用机理图如图2所示。该系统在nm的特定光照下，cry2-cib1光控元件发挥相互作用，使opto-CRISPR系统发挥转录抑制作用，达到调控目的基因VEGF表达的作用。图2光遗传学系统调控血管内皮生长因子转录抑制2）纳米光遗传学CRISPR系统的应用：接下来对该opto-CRISPR在体内眼部疾病的对VEGF的转录抑制调控治疗效果进行探究。为了评估光控CRISPR-dCas9纳米系统是否能在体内抑制VEGF转录，我们建立了激光损伤诱导的CNV小鼠模型和氧诱导的视网膜病变OIR模型，该类模型广泛应用于血管新生眼底疾病。结果表明，该系统应用于在小鼠CNV模型和OIR模型中，均达到抑制视网膜新生血管的作用。并且通过光控，能够根据个体差异，精确调控VEGF转录抑制，实施协同、可控、持久的个体化治疗。图3光遗传学系统抑制小鼠视网膜病变3）纳米上转换光遗传学CRISPR系统的应用：为了深层组织中的光控基因转录抑制提供可能性，我们还使用上转换纳米颗粒将近红外光转换为蓝光，以调节基因的转录抑制，并在体内进行效果验证。实验表明，合成的上转换纳米颗粒能够实现有效的基因传递和组织穿透，在近红外光作用下能够调节VEGF基因表达减少至对照组的53%，能够显著减小病灶NV面积约42%。系统能够有效地通过调节VEGF的抑制作用来减轻疾病程度并起到治疗效果。我们的研究使用CNV小鼠模型模拟体内视网膜新生血管病变，并通过近红外光创新性地调节了该基因的表达。证实了在体内上转换纳米光遗传学CRISPR-dCas9基因调控系统的有效性。在使治疗水平可控的同时，为将来深层组织中基因的转录抑制提供了可能性。图4纳米上转换光遗传学系统抑制小鼠视网膜病变4、课题组简介或作者简介：王汉杰，天津大学生命科学学院教授、博士生导师，天津市首届“青年人才托举工程”入选者。主要从事光遗传学蛋白调控相关研究，研究范围涵盖纳米生物学、合成生物学、光遗传生物学等多个领域。具体方向包括：1）光敏感哺乳细胞构建及应用；2）光敏感工程菌构建及应用。团队在“纳米光遗传蛋白调控领域”相关研究，处于国内外领先地位。该论文第一作者为生命科学学院李佳桦和郝亚锋，通讯作者为生命科学学院王汉杰老师。论文信息：题目：CRISPR-dcas9optogeneticnanosystemforthebluelight-mediatedtreatmentofneovascularlesions发表日期：February15,DOI:10./acsabm.0cACSAppl.BioMater.,4,3,–
