CRISPR-Cas系統(tǒng)作為近年來(lái)新興的前沿生命科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)在基因編輯、生物成像和體外診斷等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，并得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。然而，該系統(tǒng)在執(zhí)行識(shí)別和切割事件時(shí)缺乏對(duì)特定時(shí)間和空間的精準(zhǔn)控制能力，這一局限性在很大程度上削弱了其在生物技術(shù)應(yīng)用中的準(zhǔn)確性和效率。盡管目前在CRISPR系統(tǒng)活性調(diào)控方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)多種刺激響應(yīng)的CRISPR模塊化調(diào)控平臺(tái)仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的難題。

　　為了解決這一關(guān)鍵難題，我院楊榮華教授和熊二虎教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列創(chuàng)新性的研究工作。團(tuán)隊(duì)人員通過(guò)在CRISPR系統(tǒng)crRNA支架的3′末端巧妙地引入了一個(gè)具有空間位阻效應(yīng)（SHE）的基序，并利用可刺激響應(yīng)切割的連接子將其與crRNA支架連接，創(chuàng)新性地提出了一種模塊化調(diào)控CRISPR-Cas12a系統(tǒng)活性的策略。該團(tuán)隊(duì)對(duì)不同大小和結(jié)構(gòu)（包括線(xiàn)性、雙鏈、發(fā)夾和三鏈）的SHE進(jìn)行了系統(tǒng)性的評(píng)估，結(jié)果表明，CRISPR-Cas12a功能的抑制效應(yīng)與空間位阻的大小和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。特別值得一提的是，那些能夠完全抑制CRISPR-Cas12a功能的有效SHE在紫外光照射下可以被成功釋放，從而恢復(fù)系統(tǒng)的活性，這一發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)對(duì)CRISPR-Cas12a系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控提供了重要的技術(shù)手段。此外，該crRNA支架工程化策略不僅適用于LbCas12a系統(tǒng)，也可以很容易地推廣到其他V-A型Cas12a同源物，顯示出良好的普適性。

　　更重要的是，該策略還可進(jìn)一步拓展，能夠被設(shè)計(jì)為可響應(yīng)酶促刺激（如人源無(wú)嘌呤/無(wú)嘧啶內(nèi)切酶1 [APE1]）和化學(xué)刺激（如谷胱甘肽[GSH]）的多功能平臺(tái)。這一特性極大地增強(qiáng)了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和靈活性，使其能夠適應(yīng)更多樣化的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景。利用這種模塊化調(diào)控的CRISPR-Cas12a系統(tǒng)，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了光激活的一鍋式核酸診斷以及APE1酶激活的腫瘤細(xì)胞miRNA成像，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了全新的技術(shù)方案。

　　該研究不僅突出了利用空間位阻來(lái)操縱CRISPR-Cas12a功能的創(chuàng)新應(yīng)用，而且為合理設(shè)計(jì)可模塊化調(diào)控的CRISPR-Cas系統(tǒng)提供了寶貴的思路和方法。這一成果有望在基因精準(zhǔn)編輯、分子診斷、腫瘤細(xì)胞選擇性成像和疾病治療等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究帶來(lái)新的突破和發(fā)展機(jī)遇。

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　　我院楊榮華教授和熊二虎教授為論文共同通訊作者，博士研究生劉朋飛、李勝和碩士研究生曾佳鈺為論文共同第一作者，湖南師范大學(xué)為論文唯一通訊單位。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、湖南省杰出青年科學(xué)基金、湖南省青年科技人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。