线粒体作为细胞的能量工厂拥有其独立的遗传物质DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）。与细胞核的DNA一样，mtDNA的突变也会引起许多疾病，如心血管疾病、癌症、神经退行性疾病等。因此，亟需开发不影响细胞核中DNA且精准、有效的mtDNA改造工具，为线粒体相关疾病的研究和防治提供新技术。与制备繁琐复杂的基因编辑手段如锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases,ZFNs)技术和类转录激活因子核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases,TALENs)技术相比，CRISPR/Cas9系统相对简单，可快捷且高效地介导对目的DNA精准编辑，在推广应用方面具有极大优势。然而利用该系统对mtDNA进行编辑的研究却鲜见报道。主要原因是外源RNA难以高效进入有双层膜结构的线粒体内，而CRISPR/Cas9系统需要依靠sgRNA引导Cas9蛋白进行特异性切割，所以利用该系统进行mtDNA精准编辑存在一定难度。基于此，课题组开发了一种双靶向递送载体H-T-Protein@BSNP，利用生物可降解硅纳米粒子BSNP包裹Cas9蛋白和sgRNA结合形成的核糖核蛋白复合物(Ribonucleoprotein complexes,RNP)，并在表面修饰线粒体靶向基团三苯基膦和肿瘤靶向基团透明质酸，成功实现了RNP的有效胞内递送及对肿瘤细胞mtCOX1和mtCOX2的精准编辑，可为后续线粒体相关疾病的研究和防治提供一种普适、简易、有效的新工具。
实验示意图
相关工作以“Cell-type-specific CRISPRization of mitochondrial DNA using bifunctional biodegradable silica nanoparticles”为题发表在《Chemical Communications》。葛璟燕教授团队青年教师蒋林冶是论文的第一作者，2020级硕士研究生周必重为本课题做出了贡献。研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金项目的资助。
论文信息：Linye Jiang, Bizhong Zhou, Huijuan Qian, Hongfeng Wang, Yuxi Wang, Weijiao Fan, Guowan Zheng* and Jingyan Ge*. Cell-type-specific CRISPRization of mitochondrial DNA using bifunctional biodegradable silica nanoparticles. Chemical Communications, 2023, 59, 9251.
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3CC01778H