CRISPR-Cas系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛開發(fā)并應(yīng)用于各類細胞和組織的遺傳或表觀遺傳編輯，相關(guān)技術(shù)亦被逐步用于農(nóng)業(yè)育種、人類疾病治療及生物能源生產(chǎn)等方面，是未來生物科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。

但經(jīng)過近十年的研究，僅有Cas9和Cas12a這兩類酶能被用作高效的基因編輯工具。其中，常用的SpyCas9和AsCas12a蛋白分子量大，超過1300個氨基酸，極大地影響了細胞轉(zhuǎn)染效率和可用于蛋白質(zhì)工程編輯的自由度。另外，許多研究表明，這兩個酶存在較為嚴重的脫靶效應(yīng)，而且多種病原微生物中也存在這兩類酶，這些因素都嚴重阻礙了CRISPR-Cas基因編輯技術(shù)的體內(nèi)應(yīng)用，尤其是針對人類疾病治療相關(guān)的應(yīng)用。

近日，清華大學劉俊杰課題組與加州大學伯克利分校 Jennifer Doudna 課題組合作，在 Molecular Cell 期刊在線發(fā)表了題為：Chimeric CRISPR-CasX enzymes and guide RNAs for improved genome editing activity 的研究論文。

該研究通過解析PlmCasX與底物的不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并與DpbCasX對比，解釋了DpbCasX和PlmCasX各異的體內(nèi)外DNA切割活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。同時，通過對CasX蛋白和sgRNA的結(jié)構(gòu)改造，極大地提高了DpbCasX和PlmCasX的基因編輯效率，在GFP位點上可達90%，在內(nèi)源位點上可達50%。CasX具有分子量?。▋H980個氨基酸）、基因編輯效率高及非特異性DNA切割活性低等眾多優(yōu)點，有望為基因編輯工具的臨床應(yīng)用提供重要技術(shù)支撐。

劉俊杰助理教授長期專注DNA和RNA核酸酶研究及相關(guān)核酸操縱工具的開發(fā)。2019年，劉俊杰及其合作者發(fā)現(xiàn)并鑒定了一類來自于非致病菌的、可用于基因編輯操作的小型（<1000個氨基酸）CRISPR-CasX核酸酶 （Liu J.J. et al.， Nature， 2019）。該工作也通過對DpbCasX與gRNA及DNA底物所存在的不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的解析，揭示了CasX如何有效地協(xié)調(diào)多個結(jié)構(gòu)亞基來完成基于單個酶活中心的DNA雙鏈切割的機理，這與Cas9和Cas12a系統(tǒng)截然不同。然而，CasX以及近期其他課題組報道的小型基因編輯工具，如CasPhi， Cas12f 等，基因編輯效率均比較低，限制了它們的廣泛應(yīng)用。（生物谷Bioon.com）

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