2022年3月18日,南京大学医学院模式动物研究所、医药生物技术国家重点实验室成员团队协同上海科技大学、南京市鼓楼医院等合作单位在《自然-通讯》杂志(Nature Communications)发表了题为“Precise tumor immune rewiring via synthetic CRISPRa circuits gated by concurrent gain/loss of transcription factors”的研究论文。该研究首次构建了响应肿瘤细胞中转录因子信号同时获得和丢失的CRISPRa基因环路,一方面能精准识别肿瘤,另一方面能恰当启动抗肿瘤免疫,产生特异及有效的治疗效应。
肿瘤的免疫治疗近来取得了巨大进展。进一步开发可定位于肿瘤病灶、而非全身性的免疫干预方法,将有望推动更高效低毒的免疫治疗。新兴的合成生物学为这种“智能化药物”的研发提供了可能,近年来基于基因组编辑技术的CRISPRa/i表观遗传调控工具的出现,更是为灵活实现肿瘤功能重编创造了条件。然而,目前许多识别肿瘤中高表达转录因子(transcription factor, TF)的合成基因环路缺乏严格的肿瘤特异性。因此,如何运用肿瘤中通常发生特异失活的转录因子(如p53)信息来精准门控肿瘤免疫重编是令人关注的问题。
针对这个技术瓶颈,作者探索了一类新型基因线路 -将一个致癌转录因子(TF1)驱动的CRISPRa效应器模块,与另一个响应p53信号(TF2)的负向开关相组装,从而依据TF1/TF2信号的AND-NOT逻辑而精确靶向肿瘤。这里,负向开关先后采用了抑制性sgRNA、或者是近来发现的抗CRISPR蛋白(anti-CRISPR protein, ACR)等两代架构。由于ACR强效的抑制能力,后一种架构显示出优越的特性,能在本底条件下感应p53的缺失而门控CRISPRa活性。这样优化后的AND-NOT逻辑环路可以由病毒载体递送至细胞,可特异在p53失活的肿瘤细胞中开启设定的免疫激活程序,并在小鼠体内产生治疗效果。整体来看,这种特异、灵活、有效的合成基因线路将为肿瘤相关的基础及应用研究提供新型工具。
该工作的第一作者(共同)为医学院模式所博士生王亚峰、张贵泉以及2019级毕业的孟庆洲博士;通讯作者分别为刘江怀、黄行许(上海科技大学)与刘耕教授。研究工作受到科技部重大研究计划和国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-29120-y