Cell Chem Bio綜述丨李幸/方曉紅評述“點亮型”CRISPR探針實現(xiàn)活細胞基因組DNA動態(tài)成像

在活細胞中原位解析基因組 DNA 的動態(tài)行為，對揭示染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)、 DNA 相互作用 、 基因表達調(diào)控機制及 DNA 損傷和 相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有熒光成像技術(shù)在標記活細胞內(nèi)的特定 DNA 序列時，普遍面臨背景熒光干擾強、信噪比低的嚴峻挑戰(zhàn)，極大限制了人們對基因組動態(tài)過程的精細觀測。

近日， 中國科學(xué)院動物研究所李幸與中國科學(xué)院杭州醫(yī)學(xué)院方曉紅在 國際學(xué)術(shù)期刊Cell Chemical Biology在線發(fā)表題為Fluorogenic CRISPR for DNA imaging in live mammalian cells論文。文章系統(tǒng)梳理并評述了熒光點亮響應(yīng)型CRISPR（ fluorogenic CRISPR, fCRISPR ）成像探針在活細胞基因組DNA成像中的最新進展，為這一前沿領(lǐng)域提供了全面的技術(shù)概覽與未來展望。

傳統(tǒng)的 CRISPR/Cas9 衍生成像工具（如 dCas9 與熒光蛋白融合）雖已被用于 DNA 標記，但其“常亮”熒光特性導(dǎo)致未結(jié)合探針在細胞核內(nèi)彌漫性分布， 產(chǎn)生顯著背景噪聲，且易在核仁處非特異性聚集，嚴重制約成像分辨率與準確性。研究團隊系統(tǒng)闡述了四種高效減噪的熒光響應(yīng)型 f CRISPR 成像策略（圖 1 ） 來解決這一問題 ，它們均具備“結(jié)合 DNA 時發(fā)光，未結(jié)合時不發(fā)光”的條件熒光特性，從而實現(xiàn)高信噪比 、低背景 的活細胞染色體動態(tài)示蹤。

圖 1 ：熒光響應(yīng)型 CRISPR 探針及其 DNA 成像示意圖

借助上述 fCRISPR 技術(shù)，研究人員已在多種人源活細胞中成功實現(xiàn)了包括 單拷貝 序列在內(nèi)的高信噪比 DNA 成像，并揭示出染色體位點運動的異質(zhì)性。例如，同一染色體上不同位點可呈現(xiàn)受限擴散或定向遷移等截然不同的運動模式，這些運動特性與基因轉(zhuǎn)錄活性密切相關(guān)。該技術(shù)還能通過端粒熒光強度無損評估端粒長度——癌細胞端粒信號明亮，衰老細胞信號暗淡，為衰老及相關(guān)疾病研究提供了非侵入性觀測窗口。進一步地， fCRISPR 技術(shù)與超分辨顯微技術(shù)（如 SIM 、 STED 、 STORM ）結(jié)合，已實現(xiàn)納米尺度染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析；與光片顯微鏡聯(lián)用，支持長時間活細胞成像且光毒性低；通過多重?zé)晒鈽擞浄桨福€能同時追蹤多個基因組位點，助力染色體互作與空間組織研究。

總而言之，熒光響應(yīng)型 CRISPR 成像技術(shù)以其高亮度、低背景、高信噪比和高時空特異性的優(yōu)勢，為在活細胞中實時、動態(tài)、多色觀測基因組 DNA 提供 了強大工具。這不僅深化了對染色質(zhì)生物學(xué)及基因調(diào)控機制的理解，也為疾病機制研究、藥物靶點篩選及未來診療策略開發(fā)奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。

該 論文 第一作者為萬文瑾博士后和紀鑫博士后，通訊作者為中國科學(xué)院動物研究所的李幸研究員 （最后通訊） 和中國科學(xué)院杭州醫(yī)學(xué)院 方曉紅 研究員。

論文鏈接：https://www.cell.com/cell-chemical-biology/fulltext/S2451-9456(25)00350-2

制版人：十一

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