Cell：张锋发表综述详细介绍第二类CRISPR-Cas系统
2017-02-16 MedSci MedSci原创
近期张锋教授也与另外两位学者在Cell杂志上发表了题为“SnapShot: Class 2 CRISPR-Cas Systems”的特写文章，介绍了新一代CRISPR基因组编辑系统：Class 2 CRISPR-Cas Systems。 2015年，张锋及其同事们就报告称发现了一种不同的CRISPR系统，具有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。这个新系统是通过在不同类型的细菌中搜寻了成百上千
近期张锋教授也与另外两位学者在Cell杂志上发表了题为“SnapShot: Class 2 CRISPR-Cas Systems”的特写文章，介绍了新一代CRISPR基因组编辑系统：Class 2 CRISPR-Cas Systems。
2015年，张锋及其同事们就报告称发现了一种不同的CRISPR系统，具有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。这个新系统是通过在不同类型的细菌中搜寻了成百上千种的CRISPR系统，寻找具有有用特性的酶，结果来自氨基酸球菌属（Acidaminococcus）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的Cpf1酶成为新的候选物。
这一新发现的Cpf1系统有几个重要的方面不同于以往描述的Cas9，在生物通最先报道的张锋Cell：新一代CRISPR基因组编辑系统这篇文章中就提到：Cpf1系统更简单一些，它只需要一条RNA。Cpf1酶也比标准SpCas9要小，使得它更易于传送至细胞和组织内；Cpf1以一种不同于Cas9的方式切割DNA。当Cas9复合物切割DNA时，它切割的是同一位点的两条链，留下的“平端”（blunt ends）在重新连接时往往会发生突变。采用Cpf1复合物生成的两条链切口是偏移的，在裸露端留下了短悬端（overhang）。这预计有助于精确插入，使得研究人员能够更有效及精确地整合一段DNA；Cpf1切口远离识别位点，这意味着即便在切割位点靶基因突变，仍然可以进行再度切割，提供了多次机会来校正编辑；Cpf1系统为选择靶位点提供了新的灵活性。像Cas9一样，Cpf1复合物必须首选附着PAM,短序列，选择的靶点靠近自然存在的PAM序列。Cpf1系统识别的PAM序列与Cas9截然不同。这在靶向某些基因组如疟原虫及人类基因组时可能是个优势。
这篇最新综述则更加概括的描述了这一系统，见下图：
文章指出，第二类CRISPR-Cas系统基于不同的效应蛋白家族，可以分为3种类型和9种亚型，其中譬如Cas9和Cas12a（Cpf1）已成功地用于基因组工程。在此前的研究中，张锋研究组也采用了一种新生物信息学方法来发现暂时被命名为C2c1、C2c2和C2c3的新蛋白，他们开发出一系列的计算方法来搜索NIH基因组数据库，鉴别新的CRISPR-Cas系统（详细见：Cell：第二代基因编辑神器诞生，CRISPR/Cpf1让一切皆有可能！）。
除此之外，张锋研究组也提出了一些新的尝试，如他们构建出了32个具有单个点突变的Cas9突变体，借助于已验证易错配的向导RNA将它们靶向EMX1基因。张锋将这些特异性增强型Cas9蛋白称作为“eSpCas9变体”。测试大量的向导RNAs与具单个点突变的eSpCas9和具三个点突变的eSpCas9，他们发现两种eSpCas9能够以相似的效率编辑靶位点。
张锋课题组还开发了一些基于功能获得性CRISPR的筛查方法。利用这一基于CRISPR的新工具来激活SAM基因，他的研究小组证实这一工具可以激活采用旧方法难于开启的12种不同的基因。“有许多基因采用旧系统无法激活，这一新系统能够激活转录达100倍或1000倍，”张锋说。
去年年底，张锋研究组发现Cpf1能够加工自己的CRISPR RNA (crRNA)。而且Cpf1介导的pre-crRNA加工是独立于DNA剪切的。这种能力可以用来简化多重基因组编辑。他们在此基础上设计CRISPR阵列，用一个载体同时在哺乳动物细胞编辑了四个基因，在小鼠大脑编辑了三个基因。这是在CRISPR–Cpf1的基础上打造了一个多重化基因编辑系统。
原始出处：
Makarova KS, Zhang F, Koonin EV. SnapShot: Class 2 CRISPR-Cas Systems. Cell. 2017 Jan 12;168(1-2):328-328.e1. doi: 10.1016/j.cell.2016.12.038.
作者：MedSci
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