【Cell子刊】上海科技大学季泉江团队开发出高效微型CRISPR-SpaCas12f1编辑系统

近日，上海科技大学季泉江教授团队在《Cell Reports》发表了题为 “Guide RNA engineering enables efficient CRISPR editing with a miniature Syntrophomonas palmitatica Cas12f1 nuclease”的研究论文。报道了Syntrophomonas palmitatica Cas12f1（SpaCas12f1）的生化特征及DNA切割机制，证明CRISPR-SpaCas12f1系统能在细菌中实现多种编辑目的，且通过工程化向导RNA使该系统转化为哺乳动物细胞中高效的基因组编辑器。

https://www.nature.com/articles/s41467-022-32054-0

研究背景

簇状的有规律的间隔短回文重复（CRISPR）和CRISPR相关基因（Cas）在许多古菌和细菌中作为适应性免疫系统发挥作用。CRISPR-Cas系统使用三个步骤来保护微生物免受外来入侵者的侵害：（1）适应性 - Cas蛋白捕获外来核酸片段（垫片）并将其插入CRISPR阵列中。（2）处理CRISPR阵列的转录本以产生成熟的CRISPR RNA（crRNA）。（3）干扰 - crRNA引导Cas酶靶向并切割新入侵者的同源序列。根据干扰模块的数量和配置，CRISPR-Cas系统大致分为两类（1类和2类）和六种主要类型（I-VI）。1类系统包括I型，III型和IV型，2类系统包括II型，V型和VI型。RNA引导的II-A型Cas9和V-A型Cas12a效应子已被广泛用作基因组编辑工具和针对遗传疾病的治疗药物。然而，它们的大尺寸限制了腺相关病毒（AAV）在体内的递送。

研究进展

近年来，为了解决这一难题，小的Cas核酸酶逐渐被发现和探究。其中，Cas12f 核酸酶是目前最紧凑的 CRISPR 效应核酸酶，比传统Cas9和Cas12a核酸酶小一半以上，在临床治疗应用中具有巨大潜力，然而高效的Cas12f编辑系统仍旧较少。

该研究首先系统地表征了SpaCas12f1的生化特性及对DNA识别与切割的模式，证明了SpaCas12f1是一种镁离子依赖的嗜热核酸酶，可在tracrRNA和crRNA的帮助下有效切割含有5' -NTTY (Y代表C或T)PAM的双链DNA。此外，SpaCas12f1拥有与AsCas12f1相似的切割模式，即在靶向链上引入一个切口，非靶向链上引入两个切口。

CRISPR-SpaCas12f1的表征与改造

在这项研究中，科研团队发现，天然的从头到脚的发夹结构是限制CRISPR-SpaCas12f1在人体细胞中基因组编辑活性的关键因素。通过对gRNA的系统工程设计，研究人员获得了两种工程化的gRNA MS10和MS13，并大大提高了编辑效率。然而，没有观察到SpaCas12f1的显着效率增强，这表明尽管Cas12f家族核酸酶具有许多相似的生化特征，但在蛋白质和RNA结构中仍可能存在更大的多样性。

研究意义

在这项研究中，工程化的gRNA可以有效地增强SpaCas12f1在人体细胞中的基因组编辑活性。CRISPR-SpaCas12f1全面的生化表征和工程设计扩展了迷你CRIPSR编辑器的工具箱，并为SpaCas12f1的治疗应用铺平了道路。

然而，由于缺乏关于SpaCas12f1和gRNA的结构信息，蛋白质与工程gRNA之间相互作用的工作机制尚不完全清楚。因此，需要对SpaCas12f1和不同的gRNA变体进行更详细的结构研究。此外，还可以筛选SpaCas12f1蛋白变体，以进一步提高基因组编辑效率。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722012591

https://blog.sciencenet.cn/blog-3423233-1357165.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。