《Cell》2017年度论文:全面解读CRISPR-Cas技术系统

入选的文章当中，有两篇由张锋等人撰写的文章详细介绍了CRISPR-Cas技术系统，并且通过图片言简意赅的说明了第一类和第二类CRISPR-Cas基因组编辑系统的特点。

Cell杂志创刊于1976年，现已成为世界自然科学研究领域最著名的期刊之一，并陆续发行了十几种姊妹刊，在各自专业领域里均占据着举足轻重的地位。近期Cell杂志公布了2017年年度论文，共包括七篇Snapshots，四篇Reviews，以及十篇Articles。

入选的文章当中，有两篇由张锋等人撰写的文章详细介绍了CRISPR-Cas技术系统，并且通过图片言简意赅的说明了第一类和第二类CRISPR-Cas基因组编辑系统的特点。

来自CRISPR系统（成簇的规律性间隔的短回文重复序列及其相关蛋白）的酶给基因组学领域带来了革命性的发展，使得研究人员能够靶向基因组特异区域，在精确的位点编辑DNA。“CRISPR”指的是规律成簇的间隔短回文重复序列，它是细菌利用来防御入侵病毒的一种系统的关键组件。

CRISPR-Cas可以分成两类，第一类是利用多种Cas蛋白，以及CRISPR RNA (crRNA)形成效应复合物，第二类系统则更加简单，就是利用一种大型单效应物crRNA介导干扰。

文章指出目前细菌和古细菌中鉴定的所有CRISPR-Cas基因座中，大约90％都属于第一类CRISPR-Cas系统，这一系统的特点是由多个亚基组成效应因子，可以靶向DNA和RNA。

2015年，张锋及其同事们就报告称发现了一种不同的CRISPR系统，具有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。这个新系统是通过在不同类型的细菌中搜寻了成百上千种的CRISPR系统，寻找具有有用特性的酶，结果来自氨基酸球菌属（Acidaminococcus）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的Cpf1酶成为新的候选物。

他们采用了一种新生物信息学方法来发现这些暂时被命名为C2c1、C2c2和C2c3的新蛋白，他们开发出一系列的计算方法来搜索NIH基因组数据库，鉴别新的CRISPR-Cas系统。

这一新发现的Cpf1系统有几个重要的方面不同于以往描述的Cas9，Cpf1系统更简单一些，它只需要一条RNA。Cpf1酶也比标准SpCas9要小，使得它更易于传送至细胞和组织内；Cpf1以一种不同于Cas9的方式切割DNA。当Cas9复合物切割DNA时，它切割的是同一位点的两条链，留下的“平端”（blunt ends）在重新连接时往往会发生突变。

采用Cpf1复合物生成的两条链切口是偏移的，在裸露端留下了短悬端（overhang）。这预计有助于精确插入，使得研究人员能够更有效及精确地整合一段DNA；Cpf1切口远离识别位点，这意味着即便在切割位点靶基因突变，仍然可以进行再度切割，提供了多次机会来校正编辑；Cpf1系统为选择靶位点提供了新的灵活性。像Cas9一样，Cpf1复合物必须首选附着PAM,短序列，选择的靶点靠近自然存在的PAM序列。Cpf1系统识别的PAM序列与Cas9截然不同。这在靶向某些基因组如疟原虫及人类基因组时可能是个优势。

文章指出，第二类CRISPR-Cas系统基于不同的效应蛋白家族，可以分为3种类型和9种亚型，其中譬如Cas9和Cas12a（Cpf1）已成功地用于基因组工程。在此前的研究中，张锋研究组也采用了一种新生物信息学方法来发现暂时被命名为C2c1、C2c2和C2c3的新蛋白，他们开发出一系列的计算方法来搜索NIH基因组数据库，鉴别新的CRISPR-Cas系统。

（转化医学网360zhyx.com）