CRISPR/Cas系統已成為革命性的基因編輯工具，廣泛應用于疾病治療和診斷。目前，檢測基因編輯是否成功主要依賴于裂解細胞后的核酸擴增技術，如PCR，但無法對活細胞進行追蹤。分子熒光探針可通過熒光成像實現單細胞水平的高精度檢測。例如，miR-21探針可用于癌細胞識別及治療響應評估。microRNA在細胞核內轉錄成pre-microRNA，隨后轉運至細胞質并加工成熟。然而，現有探針分子缺乏細胞核靶向能力，難以追蹤pre-microRNA的動態變化。因此，開發細胞核靶向的探針遞送系統，有望提升microRNA成像范圍和檢測靈敏度。
圖1. LPBA/miR-21熒光探針成像細胞核內pre-miR-21機理示意圖 近日，廈門大學田華雨教授團隊設計并合成了具有細胞核靶向功能的苯硼酸-線性PEI載體（LPBA），用于擔載miR-21基因編輯組件和miR-21熒光探針，實現了高效的基因編輯和核內成像，用于追蹤單細胞水平上的基因編輯進程。 分子對接和伊維菌素競爭實驗證明，LPBA和importin α/β復合物之間的高親和力促成了其細胞核靶向能力。3D NanoLive顯微鏡實時觀察實驗結果表明，LPBA顯著增加了細胞核中Cy5-DNA的積累。綜上所述，LPBA具有優異的細胞核靶向能力，可促進核酸進入細胞核。 圖2. LPBA介導Cy5-DNA高效入核的機理研究 分子探針可以通過互補堿基配對原理對活細胞進行核酸檢測。傳統的探針載體例如LPEI只能讓探針檢測細胞質中的成熟miR-21，而具有細胞核靶向能力的LPBA可以負載分子探針額外檢測到細胞核中的pre-microRNA，實現高靈敏度成像 圖3. LPBA/miR-21熒光探針實現核內microRNA高效檢測 作者進一步通過LPBA負載CRISPR/Cas9質粒，敲除HeLa細胞中的miR-21，同時使用LPEI或LPBA負載分子探針檢測基因編輯后不同時間點細胞中miR-21的表達。LPBA組在質粒轉染后30 h即可檢測到基因編輯的發生，而LPEI組直到42 h后才出現明顯的熒光信號下降。借助LPBA的細胞核靶向能力，實現了高效的基因編輯和快速、實時、原位監測單細胞基因編輯進程 圖4. LPBA/miR-21熒光探針和基因編輯納米顆粒實現單細胞基因編輯進程追蹤 綜上所述，田華雨教授團隊利用LPBA獨特的細胞核靶向能力，顯著提高了單細胞水平的基因編輯效率和核酸檢測的準確性。高效的核靶向載體LPBA為基因編輯與核酸成像領域提供了新的機遇。 論文信息 Nuclear-Targeted Material Enabled Intranuclear MicroRNA Imaging for Tracking Gene Editing Process Jiayan Wu, Meng Meng, Zhaopei Guo, Kai Hao, Yonghao Liang, Hanyu Meng, Guanhe Fang, Zongwei Shi, Xiaoya Guo, Huixin Li, Yuanji Feng, Lin Lin, Jie Chen, Yingchao Zhang, Huayu Tian, Xuesi Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500052
