近日，化学化工学院杨荣华教授和“潇湘学者”特聘教授熊二虎老师团队在CRISPR系统模块化调控研究中取得重要进展，在J. Am. Chem. Soc.期刊上发表了题为“Creating a Modular Activatable CRISPR-Cas12a System by Engineering crRNA Scaffold with a Steric Hindrance Effector”的学术论文。
CRISPR-Cas系统作为近年来新兴的前沿生命科学技术，已经在基因编辑、生物成像和体外诊断等多个领域展现出巨大的应用潜力，并得到了广泛的关注和应用。然而，该系统在执行识别和切割事件时缺乏对特定时间和空间的精准控制能力，这一局限性在很大程度上削弱了其在生物技术应用中的准确性和效率。尽管目前在CRISPR系统活性调控方面已经取得了一些进展，但开发能够适应多种刺激响应的CRISPR模块化调控平台仍然是一个极具挑战性的难题。
为了解决这一关键难题，我院杨荣华教授和熊二虎教授团队进行了一系列创新性的研究工作。团队人员通过在CRISPR系统crRNA支架的3′末端巧妙地引入了一个具有空间位阻效应（SHE）的基序，并利用可刺激响应切割的连接子将其与crRNA支架连接，创新性地提出了一种模块化调控CRISPR-Cas12a系统活性的策略。该团队对不同大小和结构（包括线性、双链、发夹和三链）的SHE进行了系统性的评估，结果表明，CRISPR-Cas12a功能的抑制效应与空间位阻的大小和结构密切相关。特别值得一提的是，那些能够完全抑制CRISPR-Cas12a功能的有效SHE在紫外光照射下可以被成功释放，从而恢复系统的活性，这一发现为实现对CRISPR-Cas12a系统的精准调控提供了重要的技术手段。此外，该crRNA支架工程化策略不仅适用于LbCas12a系统，也可以很容易地推广到其他V-A型Cas12a同源物，显示出良好的普适性。
Scheme 1.模块化可激活CRISPR-Cas12a系统的设计原理
更重要的是，该策略还可进一步拓展，能够被设计为可响应酶促刺激（如人源无嘌呤/无嘧啶内切酶1 [APE1]）和化学刺激（如谷胱甘肽[GSH]）的多功能平台。这一特性极大地增强了该系统的应用范围和灵活性，使其能够适应更多样化的生物医学应用场景。利用这种模块化调控的CRISPR-Cas12a系统，研究人员成功实现了光激活的一锅式核酸诊断以及APE1酶激活的肿瘤细胞miRNA成像，为相关领域的研究和应用提供了全新的技术方案。
该研究不仅突出了利用空间位阻来操纵CRISPR-Cas12a功能的创新应用，而且为合理设计可模块化调控的CRISPR-Cas系统提供了宝贵的思路和方法。这一成果有望在基因精准编辑、分子诊断、肿瘤细胞选择性成像和疾病治疗等多个领域得到广泛应用，为生命科学和医学研究带来新的突破和发展机遇。
我院杨荣华教授和熊二虎教授为论文共同通讯作者，博士研究生刘朋飞、李胜和硕士研究生曾佳钰为论文共同第一作者，湖南师范大学为论文唯一通讯单位。本研究得到了国家自然科学基金项目、湖南省杰出青年科学基金、湖南省青年科技人才计划等项目的支持。