Nature：中科院團隊解析新一代CRISPR系統

知識 07-28

導讀：CRISPR是規律成簇的間隔短迴文重複（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的縮寫。CRISPR與內切酶Cas9是一對好基友，細菌依靠它們組成的防禦系統對抗外來侵略者。CRISPR-Cas9能夠在引導RNA的指引下，靶標並切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。該系統使用簡單而且擴展性強，很快便成為了生物學領域最耀眼的明星。

2015年人們發現，CRISPR還有一個好朋友——Cpf1。CRISPR-Cpf1也能在crRNA的引導下在人類細胞中剪切目標DNA，被稱為是新一代的CRISPR基因組編輯系統。不過人們對這個系統的作用機制還知之甚少。

中科院生物物理所和紀念斯隆-凱特琳癌症中心的研究人員對此進行了深入研究。他們在七月二十二日的Cell Research雜誌上發表文章，揭示了CRISPR-Cpf1識別目標DNA的獨特機制。文章的通訊作者是中科院生物物理所的高璞（Pu Gao）研究員和紀念斯隆-凱特琳癌症中心的Dinshaw J Patel。

在CRISPR-Cas9系統中，預先形成的A型RNA種子序列和蛋白質PAM互作裂口（cleft）是Cas9形成DNA識別結構所必需的。那麼，CRISPR-Cpf1系統是否採用類似的機制識別目標DNA呢？為此，研究人員解析了氨基酸球菌屬Cpf1（AsCpf1）與crRNA和目標DNA形成複合體時的晶體結構。

今年四月，哈爾濱工業大學黃志偉教授的課題組發布了毛螺旋菌Cpf1（LbCpf1）與crRNA形成複合物時的晶體結構。現在，高璞研究員及其同事仔細比較了AsCpf1-crRNA-DNA複合物與LbCpf1-crRNA複合物的結構，鑒定了Cpf1識別目標的一個獨特機制。

研究人員發現，Cpf1-cRNA二元複合體中的種子序列是無序的，但三元複合體中的種子序列是有序的。此外，在Cpf1結合目標DNA的時候，PAM互作裂口（cleft）會經歷一個「從開到關」的構象改變。這種構象變化誘導Cpf1發生內部結構改變，以容納有序的A型種子RNA。研究指出，Cpf1具有不同於Cas9的獨特目標識別機制。

前不久，麻省總醫院、哈佛醫學院的研究人員解析了Cpf1核酸酶在人類細胞中的全基因組特異性。研究結果發布在6月27日的《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜誌上。麻省總醫院病理學系研究員及研究副主任J. Keith Joung博士及研究員Benjamin P Kleinstiver博士是這篇論文的共同通訊作者。近年，Joung在CRISPR研究中取得了大量重要的研究成果。

《自然》（Nature）雜誌此前發布的一篇研究論文，描繪了CRISPR-Cpf1系統的分子細節，為實現其基因編輯應用奠定了基礎。領導這一研究的任職於德國馬克思普朗克感染生物學研究所和瑞典于默奧大學的Emmanuelle Charpentier教授。Charpentier與加州大學的Jennifer Doudna，哈佛-麻省理工大學Broad研究所的張鋒博士一致被科學界公認為是CRISPR/Cas9技術開發中的重量級人物。

作者簡介：

高璞博士研究員博士生導師國家「青年千人計劃」

中科院生物物理所，中科院感染與免疫重點實驗室，創新課題組組長。2001-2005 山東大學（學士）；2005-2011 中國科學院生物物理研究所（博士）；2011-2015 美國紀念斯隆-凱特琳癌症中心（博士後、研究助理）；2015-今中國科學院生物物理研究所（研究員）

推薦原文：Type V CRISPR-Cas Cpf1 endonuclease employs a unique mechanism for crRNA-mediated target DNA recognition

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