9月2日，我校物質(zhì)學(xué)院季泉江課題組在《自然·化學(xué)生物學(xué)》 (Nature Chemical Biology)雜志發(fā)表題為“Programmed genome editing by a miniature CRISPR-Cas12f nuclease”的研究論文，揭示了極小型CRISPR核酸酶—AsCas12f1（僅422個氨基酸）的DNA識別和切割機制，并將其轉(zhuǎn)化為一種新型基因編輯工具，成功實現(xiàn)了在細菌和哺乳動物細胞中的基因編輯。此研究進一步拓展了CRISPR核酸酶工具庫，為開發(fā)微型精準基因編輯和治療工具提供了新思路。

CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)由于其簡便性和高效性，已被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。目前廣泛使用的Cas9與Cas12a核酸酶均具有較大的分子尺寸（通常大于1000個氨基酸），而廣泛應(yīng)用于基因治療中的腺相關(guān)病毒載體的承載容量卻十分有限，在容納CRISPR核酸酶與引導(dǎo)RNA的編碼序列之余往往難以承載更多其他功能元件，這嚴重限制了其在基因治療等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，亟需發(fā)掘更小分子尺寸的CRISPR核酸酶以解決這一難題。

Cas12f核酸酶是V-F型CRISPR/Cas系統(tǒng)的效應(yīng)因子，通常具有較小的分子尺寸（約400-700個氨基酸）。在本研究中，研究人員系統(tǒng)研究了來自細菌Acidibacillus sulfuroxidans中的AsCas12f1核酸酶的生化性質(zhì)與DNA切割機制，發(fā)現(xiàn)該核酸酶特異性識別PAM序列5’-TTR（R代表A或G），并在crRNA和tracrRNA形成的二元復(fù)合體引導(dǎo)下，實現(xiàn)對DNA的靶向切割,產(chǎn)生帶有不對稱粘性末端的雙鏈DNA斷裂。研究人員分別向大腸桿菌和肺炎克雷伯氏菌中引入AsCas12f1和Lambda Red重組酶系統(tǒng)以及單鏈修復(fù)模板，實現(xiàn)了在這兩種細菌中的精確基因編輯。而后研究人員又將AsCas12f1分別通過質(zhì)粒、核糖核蛋白復(fù)合體（RNP）以及腺相關(guān)病毒（AAV）等方式導(dǎo)入哺乳動物細胞中，并成功在靶位點引入了缺失或插入突變（Indel）。

AsCas12f1僅有422個氨基酸，是目前已知分子尺寸最小，且在哺乳動物細胞中具有基因編輯能力的CRISPR核酸酶。它的發(fā)現(xiàn)與鑒定為今后開發(fā)新型基因治療工具提供了新的可能性。

上�？萍即髮W(xué)為該項工作的第一完成單位，季泉江課題組助理研究員吳兆韡為第一作者，季泉江教授為通訊作者。上海科技大學(xué)生命學(xué)院分子細胞平臺為該研究提供了技術(shù)支持。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委、上海科技大學(xué)啟動經(jīng)費、廣州實驗室應(yīng)急攻關(guān)項目和中國博士后科學(xué)基金等項目的支持。

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圖 文 吳兆韡

排 版 張麗敏

編 輯 陳 蕾

高 瑄

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