基因的表达调控对阐明特定基因功能和开发下一代基因治疗药物至关重要。传统的转录因子激活系统通过小分子配体或者光来控制转录激活因子的招募以实现基因表达调控，但是其需要共表达外源的免疫原性调节蛋白。化学修饰的质粒和核酶开关为基因表达调控提供富有前景的策略，其可以通过调控目标mRNA转录活性或者稳定性来实现基因表达控制，且不需要外源调节蛋白参与。然而，这些方法当前仍缺少细胞特异性设计，导致在治疗基因等应用中引起潜在的副作用或脱靶毒性。

近日，湖南大学蒋健晖教授和吴振坤副教授报道了一种新型的 DNA 修复诱导的核酶开关用于基因表达调控研究。该策略通过在编码核酶结构域的DNA质粒位点引入具有高转录突变活性的DNA损伤碱基（8-oxoG或者O6-MeG）来实现。该策略被证明可以通过基因表达控制来实现细胞特异性的信号输出和基因编辑。在小鼠模型中，作者构建了O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（MGMT）诱导的CRISPR/Cas9系统用于癌基因Plk1特异性编辑，并证明其可以显著抑制肿瘤生长。总的说来，DNA修复诱导的核酶开关为细胞特异性基因表达控制提供一个紧凑的系统，可用于DNA损失修复活性监测以及精准肿瘤治疗研究。

首先研究团队以绿色荧光蛋白作为信号输出蛋白，通过构建一系列具有不同结构的核酶序列，筛选出单个碱基错配即可显著影响其自切割活性的核酶开关。随后将DNA损伤碱基修饰到质粒上特定位点上，构建DNA损失修复诱导的基因表达调控体系。作者证明只有在高表达DNA修复酶的细胞中，而不是DNA修复酶敲除细胞系中，能观察到显著的荧光蛋白表达，从而证明了DNA 修复诱导的核酶开关可以特异性响应细胞内源性DNA修复酶来实现基因表达控制。

接下来，研究团队构建了DNA修复酶诱导的CRISPR/Cas9系统，以肿瘤相关Plk1基因为靶标，证明了DNA修复酶特异性激活的CRISPR/Cas9系统用于Plk1基因编辑，并在细胞水平验证了该策略可以显著抑制肿瘤细胞增殖。研究团队进一步利用脂质体-高分子纳米粒子将该系统递送到小鼠体内，在活体水平实现了细胞特异性的肿瘤精准治疗。

在这项工作中，作者开发了一种新型的DNA修复酶诱导激活的基因表达调控策略。该方法不需要外源调节蛋白参与，并展现出良好的细胞特异性和表达效率，在DNA损伤修复监测和抗肿瘤基因治疗方面展现出潜在的临床应用前景。