Cas9有了一个同班同学

虽然今年CRISPR-Cas赢得钵满盘满，但依然存在一些关于进化起源与导向RNA DNA内切酶功能多样性的问题。今年Cell杂志公布了一项新成果，发现了Cpf1家族新系统，这是一种新型导向RNA DNA内切酶复合物。研究人员指出基于CRISPR 的自然防御系统确实存在多种多样性，而且这也将能用作新基因组编辑和基因调控工具。

　　

——Cpf1系统不同于以往描述的Cas9，其几个重要特点具有新的用途

生物通报道：今年CRISPR-Cas虽然赢得钵满盘满，但依然存在一些关于进化起源与导向RNA DNA内切酶功能多样性的问题。今年Cell杂志公布了一项新成果，发现了Cpf1家族新系统，这是一种新型导向RNA DNA内切酶复合物。研究人员指出基于CRISPR 的自然防御系统确实存在多种多样性，而且这也将能用作新基因组编辑和基因调控工具。

CRISPR技术基于细菌天然的抗病毒防御，利用了一段短链RNA作为“搜索字符串”来定位对应的DNA靶序列。这一RNA片段可在实验室合成，设计来识别所有期望的DNA序列。与这一RNA一起的是一种叫做Cas的的蛋白质，它可以在选择位点切割靶DNA，由此插入一段新序列。但这一系统虽然可以用作令基因失去功能，然而对于真正实现用一个DNA序列的替换另一个还很困难。

近期的生物信息学研究发现了两种新假设 CRISPR-Cas 系统：IV类 和V类，这将五种CRISPR-Cas 系统划分成了两类——1类（I，III和IV），采用的是多亚基；2类（II和V），采用的是单亚基CRISPR RNA(crRNA)效应模块。

而此次Zetsche等人分析了新凶手弗朗西丝氏菌U112（Francisella novicida）V系统，发现了Cpf1的新作用，这不仅揭示了一种前所未有的CRISPR系统的功能，同时也表明了Cpf1在编辑人类基因组中非凡强大的功能。

Cpf1系统代表了新一代的基因组编辑技术，其实Cpf1就是一种更小版本的Cas9，小型号让Cas9酶更容易进入成熟细胞，达到治疗的目的。

其它Cpf1与Cas9的几大区别，还包括剪切方式不同、剪切位置不同、Cpf1系统在目标位置的选择上提供了灵活性等，这些都为Cpf1系统的应用提供了新用途。

（Cas9，Cpf1及其各自的感染机制）

(a)II类和V类CRISPR-cas的体系结构。
(b) Cas9，Cpf1和它们各自的RNA合作方式。II类系统中，Cas9与crRNA (蓝色)、tracrRNA (绿色)形成一个RNA-蛋白复合物，其中crRNA的重复区域(浅蓝色) 用3'末端与间隔序列（深蓝色) 相连； V类系统中，Cpf1 与crRNA形成复合物，导向crRNA重复区域。两种核酸酶都能识别互补序列中的靶向位点，但是Cas9会利用其HNH位点(黄色箭头) 切除DNA互补链，以及利用其RuvC (红色箭头)切除非互补链；Cpf1则之具有一个内切酶位点RuvC，也许是通过一个复杂二聚体进行切割。

（生物通：万纹）

参考文献：

1.Zetsche, B. et al. Cell 163, 759–777 (2015).

2.Makarova, K.S. et al. Nat. Rev. Microbiol. 13, 722–736 (2015).

3.Sapranauskas, R. et al. Nucleic Acids Res. 39, 9275–9282 (2011).

4.Jinek, M. et al. Science 337, 816–821 (2012).

5.Gasiunas, G., Barrangou, R., Horvath, P. & Siksnys, V. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, E2579–E2586 (2012).

6.Esvelt, K.M. et al. Nat. Methods 10, 1116–1121 (2013).

7.Shmakov, S. et al. Mol. Cell 60, 385–397 (2015).

8.Hendel, A. et al. Nat. Biotechnol. 33, 985–989 (2015).

9.Maresca, M., Lin, V.G., Guo, N. & Yang, Y. Genome Res. 23, 539–546 (2013).