2025 年 4 月，Jacob Corn 团队在《Nature》发表的一篇名为《Comprehensive interrogation of synthetic lethality in the DNA damage response》的论文引发学界关注。该研究运用全面的 CRISPR 筛选手段，系统绘制出 DNA 损伤反应（DDR）核心基因间的遗传互作图谱，构建起 SPIDR CRISPRi 双向筛选文库，发现超过 5000 对合成致死基因组合，并深入剖析其中两对高评分互作的作用机制，为加深基因组稳定性维持机制的理解以及癌症靶向治疗提供新方向。

一、SPIDR 平台：构建 DNA 修复核心基因筛选体系

为全面揭示 DDR 通路各基因的功能重叠与互补机制，研究者设计出 SPIDR（Systematic Profiling of Interactions in DNA Repair）CRISPRi 双向文库，精准靶向 548 个 DDR 核心基因，生成近 70 万个 sgRNA 组合，最终在 RPE - 1 细胞中完成筛选。该平台采用 CRISPR 干扰（CRISPRi）策略，巧妙避开 Cas9 切割引发的 DNA 损伤问题，特别适用于研究对细胞生存极为重要的基因组合。

配合 GEMINI 变分贝叶斯算法对筛选数据进行高通量建模，研究人员成功筛选出大约 5000 对合成致死型基因互作（GEMINI score ≤ – 1），涵盖 DNA 复制、修复、染色质重塑、转录调控等众多生物学环节。SPIDR 文库既再次证实像 BRCA2 与 LIG1 这样的已知互作，又挖掘出大量新的功能关联，为构建细胞稳态下的遗传互作图谱提供有力支撑。

图1.CRISPR干扰技术对548个核心DNA修复基因进行筛选

二、机制探究：解析关键合成致死组合的协同维稳作用

在众多发现中，研究团队重点关注两组高评分合成致死互作。

其一，FEN1/LIG1 与 WDR48 – USP1 的合成致死性，根本原因在于 PCNA 泛素化失调。当 FEN1 或 LIG1 缺失时，DNA 复制产生的缺口需靠其他机制补救。而 WDR48 – USP1 复合物本应去除 RAD18 媒介的 PCNA 多泛素修饰以维稳 PCNA，缺失则导致 PCNA 降解，进而引发复制迟滞、染色体断裂和细胞死亡。研究人员还发现，USP1 抑制剂对 FEN1 或 LIG1 功能低下的细胞具有显著毒性，临床应用潜力巨大。

其二，FANCM 与 SMARCAL1 这两种 DNA 转座酶，主要负责在 TA 富集区移除潜在形成十字结构的 DNA 构象。若两者双缺失，这些结构无法及时展开，会被 ERCC1 – ERCC4 核酸酶误切，形成染色体断裂，且该机制不依赖复制叉逆转功能，是一种新型的结构性基因组损伤源。

图2.双sgRNA竞争生长实验验证LIG1:WDR48、FEN1:WDR48的合成致死性

三、从筛选到治疗：合成致死网络加速精准肿瘤靶点发现

本研究还将合成致死互作图谱与癌症突变数据库（COSMIC）及药物靶点数据库（DGIdb）整合分析，识别出多对理论上可被靶向的小分子 - 基因组合。例如，携带 ERCC2 突变的膀胱癌细胞可能对 DNA - PKcs 抑制剂敏感；FEN1 突变型肿瘤或许对 USP1 抑制剂更为依赖。鉴于 FANCM 在多种癌症中存在突变，SMARCAL1 作为潜在靶向治疗因子也受到关注。

随着 CRISPR 技术不断完善，像 SPIDR 这样的系统性功能筛选平台，将成为发现疾病脆弱性的关键手段，在药物组合设计、耐药机制分析和个体化治疗策略制定中，合成致死图谱提供量化、可验证的分子依据。

图3.合成致死网络图谱，标注哪些基因对与癌症突变、小分子靶点重叠

总结与展望：迎接功能基因组学精细调控新时代

该研究充分展现 CRISPRi 双向筛选结合高通量分析平台在解读复杂遗传网络方面的巨大潜力。SPIDR 平台在无外源压力条件下揭示合成致死互作，弥补传统 CRISPR 敲除筛选的不足，还提出多种可转化的癌症治疗策略。未来，这类技术有望在肿瘤、神经退行性疾病、免疫系统紊乱等诸多领域持续拓展影响力。