張鋒Cell發表CRISPR研究新成果

　　來自Broad研究所、東京大學的研究人員，在新研究中揭示出了Cpf1/向導RNA/靶DNA復合物的晶體結構。這一重要的研究成果發布在4月21日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　Broad研究所核心成員張鋒（Feng Zhang）博士及東京大學醫學科學研究所基礎醫學系Osamu Nureki教授是這篇論文的共同通訊作者。張鋒博士是近幾年大熱的CRISPR/Cas9技術的先驅開創者之一。2013年，這位80后的年輕華人科學家開發出了可用來編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系統，自此之后一直致力于推動這一技術走向完美。

　　2014年2月，張鋒曾與Nureki教授聯手合作生成了CRISPR/Cas系統關鍵組成部分——Cas9復合體的第一張高分辨率圖像。這一重要的研究成果發布在Cell雜志上,有望幫助研究人員改良及進一步操控這一工具加速基因組研究，使得這一技術更加接近應用于人類遺傳疾病治療。

　　微生物適應性免疫系統CRISPR-Cas幫助了細菌和古細菌保護自身抵御外源核酸的入侵。CRISPR-Cas系統包含一系列重復序列，中間被來自外源DNA的獨特間隔序列隔開。這些串聯重復序列轉錄為長轉錄物（CRISPR RNAs前體），隨后加工生成小CRISPR RNAs (crRNAs)。crRNAs可與Cas核酸內切酶（某些情況下與輔助Cas蛋白）形成復合物，充當向導靶向及切割同源的外源核酸，由此實現干擾。在靶位點的附近存在一段前間區序列鄰近基序（PAM)是Cas-crRNA復合物識別DNA的必要條件，其促成了自我與非自我識別。

　　多種多樣的CRISPR-Cas系統根據干擾模塊的體系結構被廣泛分為兩類：1類系統利用了由幾個Cas蛋白構成的一種復合物，2類系統則利用的是單一酶，如Cas9。Cas9是一種雙RNA引導的核酸內切酶，能夠識別、結合及切割靶DNA，它已被利用來構建精確的基因組工程工具。在初步證實了利用Cas9編輯哺乳動物基因組的可行性后，研究者們在短期內開展了大量的研究工作進一步改造這一核酸內切酶來實現從高通量功能獲得性篩查到靶向性調節組蛋白標記等廣泛的應用。

　　在2015年發表于Cell雜志上的一項研究中，哈佛-麻省理工Broad研究所的張鋒及其同事們報告稱發現了一種不同的CRISPR系統：CRISPR–Cpf1，其有潛力實現更簡單、更精確的基因組工程操作。他們描述了這一新系統一些出乎意外的生物學特征，證實可以操控它來編輯人類細胞基因組（張鋒Cell：新一代CRISPR基因組編輯系統 ）。與Cas9相似，Cpf1可以被重編程通過與向導RNA的互補性來靶向DNA位點。但Cpf1具有一些不同于Cas9的獨特特征，有可能大大擴充基因組編輯的工具箱。

　　為了闡明Cpf1識別和切割靶DNA的機制，在這篇Cell文章中研究人員報告稱確定了氨基酸球菌屬（Acidaminococcus sp）Cpf1 (AsCpf1)與向導RNA和靶DNA復合物的晶體結構，分辨率達到2.8 埃（?）。AsCpf1采用了一種二裂片（bilobed）結構，RNA-DNA異源雙鏈核酸分子束縛在中間通道內。他們通過比較AsCpf1和Cas9的結構，揭示出一些驚人的相似性和主要的差異，由此解釋了它們獨特的功能。AsCpf1包含RuvC結構域和一個推定的新核酸酶結構域，它們分別負責切割非靶向及靶向DNA鏈，由此生成交錯的DNA雙鏈斷裂。AsCpf1借助了一些堿基和形狀讀取機制來識別5′-TTTN-3′PAM。

　　這些研究結果提供了有關RNA引導Cpf1切割DNA機制的一些新見解，為合理設計建造CRISPR-Cpf1工具箱建立了一個框架。

　　此外，在4月20日的Nature雜志上，來自哈爾濱工業大學、清華大學的研究人員報告稱，他們獲得了Cpf1/CRISPR RNA復合物的晶體結構。領導這一研究的是哈爾濱工業大學生命科學與技術學院的黃志偉教授。這篇文章揭示出了crRNA的識別機制，提供了crRNA引導LbCpf1底物結合的一些新見解，為設計改造LbCpf1提高基因編輯的效率和特異性建立了一個框架