分子细胞:清华大学刘俊杰团队开发了一个小型高效的CRISPR基因编辑工具

来源：生物世界2022-03-02 08:14

CRISPR-Cas系统已被广泛开发并应用于各种细胞和组织的遗传或表观遗传编辑，相关技术也逐渐应用于农业育种、人类疾病治疗和生物能源生产，这将是未来生物技术发展的重要领域。但是经过近十年的研究，只有Cas9和Cas12a可以作为高效的基因编辑工具。其中常用的SpyCas9和AsCas12a蛋白分子量较大，超过1300个氨基酸。

CRISPR-Cas系统已被广泛开发并应用于各种细胞和组织的遗传或表观遗传编辑，相关技术也逐渐应用于农业育种、人类疾病治疗和生物能源生产等领域。是未来生物技术发展的重要领域。

但是经过近十年的研究，只有Cas9和Cas12a可以作为高效的基因编辑工具。其中，常用的蛋白质SpyCas9和AsCas12a分子量较大，超过1300个氨基酸，极大地影响了细胞的转染效率和蛋白质中工程编辑的自由度。此外，许多研究表明，这两种酶具有严重的脱靶效应，而且这两种酶也存在于许多病原微生物中。这些因素严重阻碍了CRISPR-Cas基因编辑技术在体内的应用，尤其是与人类疾病治疗相关的应用。

近日，清华大学刘俊杰研究组与加州大学伯克利分校Jennifer Doudna研究组合作，在《分子细胞杂志》(Molecular Cell Journal)在线发表了一篇题为“嵌合Crispr-Casx酶和引导RNA提高基因组编辑活性”的研究论文。

本研究通过分析PlmCasX和底物的不同结构状态，并与DpbCasX进行比较，解释了DpbCasX和PLMCAX体内外DNA切割活性不同的结构基础。同时，通过对CasX蛋白和sgRNA的结构改造，大大提高了DpbCasX和PlmCasX的基因编辑效率，在GFP位点达到90%，在内源位点达到50%。CasX具有分子量小(仅980个氨基酸)、基因编辑效率高、非特异性DNA切割活性低等优点，有望为基因编辑工具的临床应用提供重要的技术支持。

助理教授刘俊杰长期致力于DNA和RNA核酸酶的研究以及相关核酸操作工具的开发。2019年，及其合作者从非病原细菌中发现并鉴定了一个小的(1000个氨基酸)CRISPR-CasX核酸酶，可用于基因编辑(Liu J.J .等，Nature，2019)。这项工作还通过分析DpbCasX、gRNA和DNA底物的不同结构状态，揭示了CasX如何基于单个酶活性中心有效协调多个结构亚基完成DNA双链切割的机制，这与Cas9和Cas12a系统完全不同。而CasX等其他研究组近期报道的小基因编辑工具，如CasPhi、Cas12f等。基因编辑效率低，限制了它们的广泛应用。(100yiyao.com)

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