荧光响应型CRISPR荧光探针实现活细胞基因组高清成像
中国科学院动物研究所研究员李幸系统梳理并评述了荧光点亮响应型CRISPR成像探针在活细胞基因组DNA成像中的最新进展，为这一前沿领域提供了全面的技术概览与未来展望。相关论文在线发表于《细胞-化学生物学》。
在活细胞中原位解析基因组DNA的动态行为，对揭示染色质三维结构、DNA相互作用、基因表达调控机制及DNA损伤和相关疾病的发生发展至关重要。然而，现有荧光成像技术在标记活细胞内的特定DNA序列时，普遍面临背景荧光干扰强、信噪比低的严峻挑战，极大限制了人们对基因组动态过程的精细观测。传统的CRISPR/Cas9衍生成像工具虽已被用于DNA标记，但其“常亮”荧光特性导致未结合探针在细胞核内弥漫性分布，产生显著背景噪声，且易在核仁处非特异性聚集，严重制约成像分辨率与准确性。
研究人员系统阐述了四种高效减噪的荧光响应型fCRISPR成像策略，包括基于荧光响应蛋白的策略（图b）、荧光响应RNA适配体策略（图c）、分裂式荧光蛋白策略（图d）、分子信标策略（图e），它们均具备“结合DNA时发光，未结合时不发光”的条件荧光特性，从而实现高信噪比、低背景的活细胞染色体动态示踪。
值得注意的是，上述技术均采用了荧光点亮RNA探针的设计思路，并将其整合进CRISPR系统，从而实现了对细胞内DNA的高效成像。
借助上述技术，研究人员已在多种人源活细胞中成功实现了包括单拷贝序列在内的高信噪比DNA成像，揭示出染色体位点运动的异质性。该技术还能通过端粒荧光强度无损评估端粒长度，为衰老及相关疾病研究提供了非侵入性观测窗口。进一步地，fCRISPR技术与超分辨显微技术结合，已实现纳米尺度染色质结构的解析；与光片显微镜联用，支持长时间活细胞成像且光毒性低；通过多重荧光标记方案，还能同时追踪多个基因组位点，助力染色体互作与空间组织研究。
总之，荧光响应型CRISPR成像技术以其高亮度、低背景、高信噪比和高时空特异性的优势，为在活细胞中实时、动态、多色观测基因组DNA提供了强大工具。这不仅深化了对染色质生物学及基因调控机制的理解，也为疾病机制研究、药物靶点筛选及未来诊疗策略开发奠定了方法学基础。
荧光响应型CRISPR技术及其四种策略示意图
相关论文信息： https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.10.013
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