中國科學院動物研究所研究員李幸系統梳理并評述了熒光點亮響應型CRISPR成像探針在活細胞基因組DNA成像中的最新進展，為這一前沿領域提供了全面的技術概覽與未來展望。相關論文在線發表于《細胞-化學生物學》。
在活細胞中原位解析基因組DNA的動態行為，對揭示染色質三維結構、DNA相互作用、基因表達調控機制及DNA損傷和相關疾病的發生發展至關重要。然而，現有熒光成像技術在標記活細胞內的特定DNA序列時，普遍面臨背景熒光干擾強、信噪比低的嚴峻挑戰，極大限制了人們對基因組動態過程的精細觀測。傳統的CRISPR/Cas9衍生成像工具雖已被用于DNA標記，但其“常亮”熒光特性導致未結合探針在細胞核內彌漫性分布，產生顯著背景噪聲，且易在核仁處非特異性聚集，嚴重制約成像分辨率與準確性。
研究人員系統闡述了四種高效減噪的熒光響應型fCRISPR成像策略，包括基于熒光響應蛋白的策略（圖b）、熒光響應RNA適配體策略（圖c）、分裂式熒光蛋白策略（圖d）、分子信標策略（圖e），它們均具備“結合DNA時發光，未結合時不發光”的條件熒光特性，從而實現高信噪比、低背景的活細胞染色體動態示蹤。
值得注意的是，上述技術均采用了熒光點亮RNA探針的設計思路，并將其整合進CRISPR系統，從而實現了對細胞內DNA的高效成像。
借助上述技術，研究人員已在多種人源活細胞中成功實現了包括單拷貝序列在內的高信噪比DNA成像，揭示出染色體位點運動的異質性。該技術還能通過端粒熒光強度無損評估端粒長度，為衰老及相關疾病研究提供了非侵入性觀測窗口。進一步地，fCRISPR技術與超分辨顯微技術結合，已實現納米尺度染色質結構的解析；與光片顯微鏡聯用，支持長時間活細胞成像且光毒性低；通過多重熒光標記方案，還能同時追蹤多個基因組位點，助力染色體互作與空間組織研究。
總之，熒光響應型CRISPR成像技術以其高亮度、低背景、高信噪比和高時空特異性的優勢，為在活細胞中實時、動態、多色觀測基因組DNA提供了強大工具。這不僅深化了對染色質生物學及基因調控機制的理解，也為疾病機制研究、藥物靶點篩選及未來診療策略開發奠定了方法學基礎。
熒光響應型CRISPR技術及其四種策略示意圖
相關論文信息： https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.10.013