分享一篇发表在Nature Methods上的文章，题目为: A portable poison exon for small-molecule control of mammalian gene expression。本文通讯作者是康奈尔大学的Samie R. Jaffrey教授，课题组专注于研究控制基因表达的RNA调控机制，包括RNA修饰、表观转录组学、RNA结构和RNA结合蛋白。

在生命科学研究中，精确控制基因表达的时间和强度一直是科学家们追求的目标。现有的基因调控系统虽然功能强大，但都存在明显缺陷：经典的Tet-On系统需要复杂的预处理步骤和工程化细胞系；其他系统如Xon和pA调节子使用的药物要么有毒性，要么会干扰细胞正常功能。更关键的是，这些系统往往会在目标蛋白上留下"痕迹"，影响蛋白质的天然功能。

本研究中，作者开发出了一种革命性的基因调控系统——Cyclone（阿昔洛韦控制的毒性外显子），这个系统巧妙地解决了上述问题。Cyclone系统的灵感来源于毒性外显子这一生物学现象。毒性外显子是含有提前终止密码子的特殊外显子，一旦被包含在mRNA中，就会导致蛋白质翻译提前终止，产生无功能的截短蛋白。作者将这一概念进行了创新性改造：构建了一个便携式的"内含子-毒性外显子-内含子"元件，可以插入到几乎任何基因中。在关闭状态下，毒性外显子被包含，基因表达几乎为零；在阿昔洛韦刺激下，诱导毒性外显子跳跃，产生完整功能蛋白；最重要的是，最终蛋白质完全保持天然序列，无任何外源残留，实现了真正的"无痕"调控。

为了扩展系统的应用范围，作者还开发了Pac-Cyclone系统，专门用于内源基因的精确调控。这个系统通过CRISPR介导的同源重组修复技术，将调控元件直接整合到内源基因的起始密码子下游。系统设计巧妙：内源基因的天然起始密码子首先启动PAC蛋白（嘌呤霉素抗性蛋白）的翻译，随后通过P2A自切序列实现PAC蛋白与内源蛋白的分离表达，同时在内源蛋白N端添加3xFLAG标签便于检测。Pac-Cyclone系统在WTAP和PCIF1等关键基因上得到了成功验证，证明了其对各种类型内源基因的广泛适用性。特别值得注意的是，该系统能够调控WTAP这样的细胞存活必需基因，展现了其在研究必需基因功能方面的独特价值。

总之，Cyclone系统的成功开发标志着小分子调控基因表达技术进入了一个全新的发展阶段。其独特的无痕特性解决了蛋白质功能完整性的问题，优异的安全性克服了药物毒性的限制，强大的可编程性提供了前所未有的灵活性。这些突破性特征使Cyclone系统成为基因功能研究和基因治疗应用的理想工具。

本文作者：YSL

责任编辑：MB

DOI：10.1038/s41592-025-02860-7

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-025-02860-7