哈爾濱工業大學Nature發表CRISPR研究重要成果

　　來自哈爾濱工業大學、清華大學的研究人員報告稱，他們獲得了Cpf1/CRISPR RNA復合物的晶體結構。這一重要的研究成果發布在4月20日的《自然》（Nature）雜志上。

　　領導這一研究的是哈爾濱工業大學生命科學與技術學院的黃志偉（Zhiwei Huang）教授。其主要研究方向為結構分子生物學與天然免疫信號轉導。2011年當選教育部“新世紀優秀人才”。

　　2014年，黃志偉教授領導哈爾濱工業大學的研究人員與清華大學合作，揭示了HIV-1病毒的Vif調控蛋白如何結合到重要的宿主細胞配體和靶標 上，最終除去感染細胞的限制因子的機制。這一重要的研究發現發表Nature雜志上，為設計出新型的抗HIV藥物奠定了理論基礎（哈爾濱工業大學Nature發表艾滋病研究重要成果 ）。

　　在將源自入侵物的DNA短片段（protospacer）整合到宿主基因組的CRISPR陣列中去之后，前體crRNAs 表達及加工會生成成熟crRNAs。成熟crRNAs隨后可以引導效應蛋白——大Cas蛋白（2類CRISPR系統）或Cas蛋白質復合物（1類 CRISPR系統）靶向及切割攜帶互補序列的外源DNAs（或RNAs）。2類CRISPR系統的典型代表包括特征明確的CRISPR–Cas9。組合來 自化膿性鏈球菌的Cas9(SpyCas9)及一條合成單向導RNA (sgRNA)，已被利用來作為一種兩元件可編程系統實現對各種生物的遺傳操控。

　　在2015年發表于Cell雜志上的一項研究中，哈佛-麻省理工Broad研究所的張鋒及其同事們報告稱發現了一種不同的CRISPR系 統：CRISPR–Cpf1，其有潛力實現更簡單、更精確的基因組工程操作。他們描述了這一新系統一些出乎意外的生物學特征，證實可以操控它來編輯人類細 胞基因組（張鋒Cell：新一代CRISPR基因組編輯系統 ）。盡管在功能上保守，Cpf1與Cas9在許多方面都存在差異，包括它們的向導RNA及底物特異性（Cas9有了一個同班同學 ）。

　　在這篇Nature文章中，作者們報告稱獲得了結合CRISPR RNA (crRNA)的毛螺科菌(Lachnospiraceae bacterium) ND2006 Cpf1 (LbCpf1)的晶體結構，分辨率達到2.38埃（?）。他們發現LbCpf1具有一種三角形體系結構，中心有一個大的正電荷通道。被LbCpf1的寡 核苷酸結合結構域所識別，crRNA采用了一種高度扭曲的構象，廣泛的分子內互作和(Mg(H2O)6)2+離子對這一構象起穩定作用。LbCpf1的寡 核苷酸結合結構域還包含一個環凸(looped out)螺旋結構域，其對于LbCpf1底物結合至關重要。結合crRNA或缺乏向導序列的crRNA均可誘導LbCpf1顯著的構象改變，但不能誘導 LbCpf1低聚化。

　　新研究揭示出了crRNA的識別機制，提供了crRNA引導LbCpf1底物結合的一些新見解，為設計改造LbCpf1提高基因編輯的效率和特異性建立了一個框架。