科學家揭示細菌對外源DNA的適應性免疫響應機制

　　近期，中國科學院生物物理研究所高璞課題組與美國Sloan研究所Patel課題組合作，揭示了兩類新型CRISPR-Cas系統（Type V-A Cpf1及Type V-B C2c1）響應外源DNA的作用機制，相關研究論文分別發表于2016年8月的《細胞研究》（Cell Research）雜志和12月15日的《細胞》（Cell）雜志。

　　對外源DNA的免疫識別及應答，是細胞感知和抵御病原感染的重要手段。這一免疫應答過程廣泛存在于從低等原核生物到高等哺乳動物當中。高等動物的天然免疫系統包含多種DNA模式識別受體，用于對外源侵染DNA的識別。而細菌響應噬菌體或質粒DNA則主要依賴于兩套系統：“Restriction-Modification（R-M）系統”及“CRISPR-Cas系統”。高璞以往的研究主要是圍繞外源DNA免疫識別這一科學問題，在博士與博士后期間分別參與了細菌R-M系統及哺乳動物胞質DNA響應通路等工作。相關研究已發表多篇研究論文，所申請的兩項國際ZL已經轉讓于Aduro和Novartis公司，開發的相關藥物正在進行一期臨床實驗。

　　本文介紹的這兩項工作，分別針對近期剛剛鑒定的兩個“細菌的適應性免疫系統”：CRISPR-Cpf1系統及CRISPR-C2c1系統，具體如下：

　　1. 對于Cpf1系統，高璞課題組與其合作者解析了Cpf1-crRNA-DNA三元復合物，并詳細分析了target DNA結合前后的構象變化，提出了有別于Cas9的DNA識別機制。基于結構的分析，他們推測Cpf1系統相較于Cas9可能具備更低的脫靶效應。此項工作以Type V CRISPR-Cas Cpf1 endonuclease employs a unique mechanism for crRNA-mediated target DNA recognition 為題發表于Cell Research。其中高璞為文章的第一及共同通訊作者，生物物理所為第一通訊單位。

　　2. 對于C2c1系統，高璞課題組與其合作者首先解析了C2c1-sgRNA二元復合物及C2c1-sgRNA-DNA多種三元復合物結構。通過結構分析，揭示了C2c1不同于Cas9和Cpf1的獨特target DNA識別和切割方式。結合生化實驗，首次明確了C2c1對雙鏈DNA的切割會產生7nt的粘性末端。這是目前所有用于基因組編輯的CRISPR-Cas系統所能產生的最長粘性末端，將有希望提高切割后的連接效率。此項工作以PAM-Dependent Target DNA Recognition and Cleavage by C2c1 CRISPR-Cas Endonuclease 為題發表于Cell。高璞為文章的第二作者，生物物理所為第二單位。

　　以上兩項工作得到了中科院生物大分子科教融合卓越創新中心及生物物理所啟動經費等支持。