CCS Chemistry | CRISPR荧光探针用于细胞染色质高分辨成像

中国化学会

染色质结构的时空有序性对于细胞基因组功能调控至关重要。常规的染色质成像方法，如荧光原位杂交技术（fluorescence in situ hybridization, 即FISH），需要对染色质DNA进行固定与变性处理，不能实现对活细胞的实时成像。因此，发展高时空分辨的染色质可视化工具引起了研究者的关注。在CCS Chemistry 2019年第3期中，上海交通大学樊春海课题组发展了一种基于荧光染料标记的CRISPR探针，实现了活细胞染色质的实时高分辨成像。

近年来，成簇规则间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，即CRISPR）/CRISPR相关核酸内切酶（Cas）系统已发展成为一套强大的基因编辑工具。该系统依赖一段可设计的向导RNA（gRNA）引导内切酶（例如Cas9）识别并结合DNA双链上与gRNA匹配的目标位点。这种对活细胞内双链DNA的靶向性，在染色质实时成像的应用中也显示出了巨大的潜力。在本工作中，研究者在体外转录的gRNA上标记多个高亮度的荧光染料分子。这些探针在活细胞内与失去内切酶活性的Cas9（dCas9）蛋白结合，即可实现对目标染色质位点的定位与成像。相对于以前的研究中用遗传标记的荧光蛋白，这种采用荧光染料的策略可以兼顾荧光信号强度和多色成像，从而方便地实现多色荧光成像。

研究者展示了对端粒和主卫星序列的多色成像，信噪比相对于荧光蛋白提高了约五倍。利用这种高亮的荧光探针，该工作展示了利用受激发射损耗（stimulated emission depletion，即STED）显微镜实现对端粒的超分辨荧光成像。这种CRISPR荧光探针还可以对活细胞中目标位点进行动态实时监测以及运动轨迹分析。因而，这种新的CRISPR成像探针提高细胞成像的时空分辨率方面具有很好的潜力，有助于对活细胞内生物大分子结构与功能关系的研究。

研究成果以Research Article形式发表在中国化学会旗舰期刊CCS Chemistry 2019第3期。