MICR: miRNA诱导启动的CRISPR基因编辑平台
miRNA是一类长度约22个碱基的核糖核酸分子，广泛表达于植物、动物以及病毒中。其表达谱呈现细胞特异性，即特定细胞一般会高表达某一个或几个miRNA，例如，心脏细胞高表达miR-1，而肝脏细胞高表达miR-122，不同的癌症组织也会表达不同的miRNA。因此，特定miRNA的表达可以用作指征细胞发育或疾病状态的标志物。然而，由于miRNA一般抑制基因的表达，迄今尚未有直接、灵敏且具备正向反应miRNA活性的生物传感器。
来自于微生物的II型规律成簇短回文重复序列系统（Type II CRISPR）自从2012年被改造为基因编辑工具后，带来了生物学研究、疾病治疗以及农作物育种等方面的一系列革命性进展，并有望在未来持续改变世界。然而，难以实现特异细胞的精准调控限制了CRISPR基因编辑体系的应用。
有意思的是，当研究人员将miRNA传感器和精准控制CRISPR体系结合在一起考虑的时候，上述两个问题都迎刃而解。汪阳明研究组发明的miRNA诱导启动的CRISPR基因编辑平台（MICR，miRNA-inducible CRISPR-Cas9 platform），简单地说，就是给基因编辑平台安上了一个开关，这个开关只有特定miRNA才能打开，因此可以只在特定的细胞或组织中开启基因编辑，而不影响其他组织和细胞。CRISPR基因编辑体系分为两个部分，一个由蛋白质（Cas9或者Cas9突变体融合蛋白）组成，执行基因编辑或控制基因表达的任务；另一个是sgRNA，介导Cas9蛋白质在基因组特定位置的结合。研究人员通过设计具有miRNA结合位点的没有活性的sgRNA前体，使得只有在特定miRNA表达的细胞中，才会通过miRNA介导的切割反应产生成熟的sgRNA，继而引导CRISPR基因编辑体系（包括碱基编辑、激活或者抑制特定基因表达）启动工作。这一改造实现了对CRISPR基因编辑系统的精准控制，有望增强其在疾病治疗过程中的安全性和有效性。
在该研究中，通过将MICR与荧光蛋白表达相偶联，研究人员成功实现了活细胞水平miRNA活性的可视化监测，并用以指征干细胞的分化状态。由于sgRNA的数目不受限制，因此该平台可以感知多个miRNA并对不同基因位点进行精准调控。作为这一概念的佐证，研究人员成功实现了在同一细胞中感知两种miRNA分别开启绿色或红色荧光蛋白表达，并进行了简单的“或门”计算。另外，利用MICR报告基因平台，研究人员首次在胚胎干细胞中发现了miRNA活性呈现不均一调控的异质性现象，且该异质性与干细胞发育和分化相关基因的表达水平显著关联。MICR平台有望广泛应用于动植物及病毒相关系统的研究，成为揭示生物学新现象、新规律和新机制的利器。此外，MICR也将为合成生物学、基于基因编辑体系的基因治疗提供新的技术手段和思路。
北京大学分子医学研究所2013级博士生王茜雯和胡鲁峰为该论文共同第一作者，博士生郝菁、廖乐祺、邱雅姿和实验技术员石铭参与工作。该研究由国家自然科学基金委和国家重点研发计划“干细胞与转化研究”试点专项资助，相关发明申请两项专利。
