CRISPR代表一種原核適應性免疫系統，可提供對入侵的遺傳分子的後天抵抗力。人工CRISPR系統是一個高度多樣化的群體，通常由兩個重要組成部分組成：CRISPR相關蛋白（Cas）和指導RNA（gRNA）。迄今為止，CRISPR / Cas9系統已被廣泛用作細胞中的基因組編輯工具。與Cas9相比，Cas13a（也稱為C2c2）具有幾個獨特的屬性，這些屬性進一步擴展了CRISPR工具箱。儘管CRISPR技術前景光明，但不受控制的CRISPR系統可能會產生不可預測的脫靶效應。在這方面，已經通過使用修飾的Cas9蛋白和修飾的gRNAs開發了用於提高CRISPR特異性的一些重要方法。減輕脫靶效應的另一種重要方法是對這些系統施加外部控制。近年來，已經在生物系統中進行了蛋白質的化學調節。根據光誘導的蛋白質二聚化，已經取得了重大進展。重要的是，光敏基團已被用於以優異的特異性操縱活細胞中Cas9蛋白的功能。儘管這些光遺傳學方法具有空間局部激活的優勢，但它限制了在製備和加工過程中需要進行基因工程和保護輕度不穩定的蛋白質的侷限性。控制CRISPR功能的靶向gRNA工程尚待探索。
近日，武漢大學周翔等在Nature Communications上發表題為“Conditional control of RNA-guided nucleic acid cleavage and gene editing”的文章，發現疊氮基甲基煙酰胺基（AMN）基團的共價連接有效地阻斷了gRNA和CRISPR系統的功能。
Cas9是一種在化膿性鏈球菌中發現的RNA指導的DNA核酸內切酶，可基於gRNA定義的序列產生位點特異性雙鏈斷裂。通過體外轉錄用T7 RNA聚合酶設計併合成靶向兩種不同GFP（綠色熒光蛋白）序列的gRNA。然後進行了初步研究以化學掩蓋此gRNA構建體。反應淬滅後，通過乙醇沉澱回收gRNA產物，並進行變性電泳。在該測定中，遷移較慢的條帶表示具有酰化作用的較高分子量的gRNA。接下來要解決的一個重要問題是，gRNA的酰化是否可以抑制CRISPR / Cas9的功能。為了證明特異性，我們進行了針對不同GFP片段的體外DNA裂解測定。根據觀察結果，酰化作用有效地阻斷了位點特異性DNA的裂解。研究人員希望確定滅活gRNA所需的gRNA加合物的比例。從理論上講，核糖2'-OH酰化伴隨著160 Da分子量（MW）的增加，對應於一個AMN加合物，這意味著兩個AMN加合物的MW大致等於一個核鹼基的平均MW。對於1小時的掩蔽，通過將樣品條帶與RNA標記進行比較，可以清楚地識別多達8個AMN加合物。這些結果表明，需要修飾八個核苷鹼基才能使102-nt gRNA失活。由於gRNA的指導序列的長度約為20-nt，因此預期在指導序列中會發生約兩種修飾以使gRNA失活。
總之，原核生物使用稱為CRISPR的重複基因組元件破壞入侵的遺傳分子。儘管CRISPR系統已廣泛用於DNA和RNA技術，但確實會發生某些不利影響。例如，組成型活性CRISPR系統可能導致脫靶效應的一定風險。該研究開發了合成的引導RNA（gRNA）的化學激活，以控制CRISPR系統。此外，研究人員完成了活細胞中基因編輯的條件控制。這項研究表明，將gRNA進行化學激活作為化學生物學的通用工具具有廣闊的前景。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13765-3
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