【Cell Research】西湖大学宋春青/申恩志开发新技术：实现活细胞中非重复 DNA 的高灵敏度成像

2022年9月14日，西湖大学宋春青及申恩志共同通讯在《Cell Research》上发表了一项新研究，该研究表明CRISPR FISHer能够通过相位分离介导的信号放大，对活细胞中的非重复性DNA进行高灵敏度成像。

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00712-z

基因组成像

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遗传物质DNA控制了基本的细胞过程。基因组不稳定或染色体结构变异会诱导DNA损伤。此外，病毒入侵也会对细胞造成损伤，甚至导致细胞功能障碍和疾病发生。因此，可视化核DNA的空间分布和动态，以及染色体和染色体外DNA元件，对于理解它们的生物学功能至关重要。然而，在活细胞中实时追踪任何特定的核DNA仍然是一个巨大的挑战。

以往的研究通过整合大量人工DNA序列阵列来实现基因组成像，如LacO，但这些插入的外源序列可能会干扰目标位点并产生不可预测的副作用。

CRISPR成像遇瓶颈

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最近，CRISPR系统被重新应用于活细胞内源性基因组位点的动态和三维结构成像，它克服了传统荧光原位杂交需要固定样本和变性DNA的限制。募集荧光蛋白融合RNA结合蛋白，为活细胞基因组成像提供了一个很好的平台。然而，CRISPR介导的活细胞成像目前依赖于多个重复元素或沿靶位点排列的sgRNAs阵列。

人类基因组中很少存在特定基因座的串联DNA重复。使用sgRNA 平铺的成像策略难以实现足够的信号与背景 (S/B) 比，这使得可视化非重复DNA序列具有挑战性，从而阻碍了CRISPR成像的广泛应用。

DNA实时成像系统

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西湖大学研究团队研究开发了一种DNA实时成像系统，CRISPR介导的荧光原位杂交放大器，该系统基于相分离调节的局部信号放大，允许使用单个sgRNA实现原生非重复序列的稳健可视化，并扩展了CRISPR介导的活细胞成像的应用。

该系统增强了局部亮度和信号背景比，从而实现单个sgRNA定向的天然可视化活细胞中的非重复性DNA位点。

通过标记和跟踪染色体片段的断裂端，CRISPR FISHer能够实时可视化染色体断裂、分离以及随后在单个活细胞中重新连接的染色体内或染色体间末端的整个过程。此外，CRISPR FISHer允许记录小的染色体外环状DNA和入侵的DNA的移动，因此能够揭示染色体和染色体外位点之间动态行为的实质性差异。

CRISPR FISHer具有跟踪任何指定的自身或非自身DNA序列的潜力，因此能极大地拓宽了生物事件和生物医学诊断中活细胞成像的范围。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00712-z

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。