哈尔滨工业大学Nature发表CRISPR研究重要成果

　　来自哈尔滨工业大学、清华大学的研究人员报告称，他们获得了Cpf1/CRISPR RNA复合物的晶体结构。这一重要的研究成果发布在4月20日的《自然》（Nature）杂志上。

　　领导这一研究的是哈尔滨工业大学生命科学与技术学院的黄志伟（Zhiwei Huang）教授。其主要研究方向为结构分子生物学与天然免疫信号转导。2011年当选教育部“新世纪优秀人才”。

　　2014年，黄志伟教授领导哈尔滨工业大学的研究人员与清华大学合作，揭示了HIV-1病毒的Vif调控蛋白如何结合到重要的宿主细胞配体和靶标 上，最终除去感染细胞的限制因子的机制。这一重要的研究发现发表Nature杂志上，为设计出新型的抗HIV药物奠定了理论基础（哈尔滨工业大学Nature发表艾滋病研究重要成果 ）。

　　在将源自入侵物的DNA短片段（protospacer）整合到宿主基因组的CRISPR阵列中去之后，前体crRNAs 表达及加工会生成成熟crRNAs。成熟crRNAs随后可以引导效应蛋白——大Cas蛋白（2类CRISPR系统）或Cas蛋白质复合物（1类 CRISPR系统）靶向及切割携带互补序列的外源DNAs（或RNAs）。2类CRISPR系统的典型代表包括特征明确的CRISPR–Cas9。组合来 自化脓性链球菌的Cas9(SpyCas9)及一条合成单向导RNA (sgRNA)，已被利用来作为一种两元件可编程系统实现对各种生物的遗传操控。

　　在2015年发表于Cell杂志上的一项研究中，哈佛-麻省理工Broad研究所的张锋及其同事们报告称发现了一种不同的CRISPR系 统：CRISPR–Cpf1，其有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。他们描述了这一新系统一些出乎意外的生物学特征，证实可以操控它来编辑人类细 胞基因组（张锋Cell：新一代CRISPR基因组编辑系统 ）。尽管在功能上保守，Cpf1与Cas9在许多方面都存在差异，包括它们的向导RNA及底物特异性（Cas9有了一个同班同学 ）。

　　在这篇Nature文章中，作者们报告称获得了结合CRISPR RNA (crRNA)的毛螺科菌(Lachnospiraceae bacterium) ND2006 Cpf1 (LbCpf1)的晶体结构，分辨率达到2.38埃（Å）。他们发现LbCpf1具有一种三角形体系结构，中心有一个大的正电荷通道。被LbCpf1的寡 核苷酸结合结构域所识别，crRNA采用了一种高度扭曲的构象，广泛的分子内互作和(Mg(H2O)6)2+离子对这一构象起稳定作用。LbCpf1的寡 核苷酸结合结构域还包含一个环凸(looped out)螺旋结构域，其对于LbCpf1底物结合至关重要。结合crRNA或缺乏向导序列的crRNA均可诱导LbCpf1显著的构象改变，但不能诱导 LbCpf1低聚化。

　　新研究揭示出了crRNA的识别机制，提供了crRNA引导LbCpf1底物结合的一些新见解，为设计改造LbCpf1提高基因编辑的效率和特异性建立了一个框架。