張鋒再發CRISPR新突破！「魔剪」可實現同時編輯4個基因

06-29

來源|生物探索編輯|化學加

導讀

12月5日，Nature Biotechnology雜誌在線發表了題為「Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array」的研究成果。CRISPR先驅張鋒以及Wageningen大學的John van der Oost是這篇論文的共同通訊作者。

1突破：可實現同時編輯多達4個基因
近幾年，CIRSPR技術飛速發展，除了「元老」CIRSPR/Cas9系統，科學家們還找到了一些新「選手」。2015年9月，張鋒研究組在Cell雜誌上發表的一篇論文中首次提出了新型基因編輯系統CRISPR/Cpf1。Broad研究所Eric Lander教授稱，該研究證明了Cpf1在編輯人類基因組中非凡強大的功能。

在這項新研究中，科學家們發現，CRISPR/Cpf1系統能夠克服Cas9靶向多個基因位點的限制。研究表明，Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用於簡化多重基因組編輯。使用單個定製的CRISPR陣列（array），研究人員實現了在哺乳動物細胞中同時編輯多達4個基因，在小鼠大腦中同時編輯3個基因。
24月：2篇Nature、1篇Cell
自CRISPR/Cpf1系統被提出以來，來自全球各國的科學家紛紛對其展開進一步的研究。今年4月，CRISPR/Cpf1系統迎來了一個發文小高峰。
4月20日，發表在Nature雜誌上題為「The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA」的研究中，哈爾濱工業大學生命學院黃志偉教授及其團隊首次揭示了CRISPR-Cpf1識別crRNA的複合物結構。
同日發表在Nature上題為「The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA」的研究證明了Cpf1在定向基因編輯中能執行RNA加工和DNA切割兩個活動，這可能打開了對特定序列基因組編輯和沉默的新方向。CRISPR先驅Emmanuelle Charpentier是這一研究的通訊作者。

4月21日，發表在Cell雜誌上題為「Crystal Structure of Cpf1 in Complex with Guide RNA and Target DNA」的研究揭示出了Cpf1/嚮導RNA/靶DNA複合物的晶體結構。張鋒及東京大學Osamu Nureki教授是這一研究的共同通訊作者。
36月：3篇Nature Biotechnology
另一個發文高峰是在6月。據不完全統計，Nature Biotechnology雜誌當月連發了3篇與CRISPR/Cpf1系統相關的成果。
題為「Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1」和題為「Targetedmutagenesis in mice by electroporation of Cpf1 ribonucleoproteins」的兩篇論文證實了Cpf1作為一種不會引發意外突變的精確基因組編輯工具具有的優勢。韓國基礎科學研究所的Jin-Soo Kim是這兩項研究的通訊作者。
題為「Genome-wide specificities of CRISPR-Cas Cpf1 nucleases in human cells」的研究解析了新一代的CRISPR-Cas Cpf1核酸酶在人類細胞中的全基因組特異性。麻省總醫院/哈佛醫學院的J Keith Joung和Benjamin P Kleinstiver是這一研究的共同通訊作者。
4展望：新系統層出不窮，「各領風騷」
在科學家們的共同努力下，基因編輯工具家族可謂是越來越壯大。一方面，研究人員在CRISPR/ Cas9系統基礎上進行改造，實現了多種新功能，包括只「剪」單個鹼基、任意編輯非分裂細胞等。

另一方面，科學家們也開發出了一些新的系統，除了上文中提到的CRISPR/Cpf1，還包括張鋒研究組提出的靶向RNA的CRISPR/C2c2系統、南京大學科學家提出的結構引導的DNA編輯工具——SGN等。
CRISPR先驅Jennifer Doudna在接受Cell雜誌採訪時表示，CRISPR的多功能性為能夠改善人類生活的生物學和醫學研究帶來了新的、更廣泛的可能。希望這一被寄予厚望的「魔剪」真正能夠改變人類疾病的治療，成為戰勝病魔的有效工具。
參考文獻：
Cell：Cpf1 Is a Single RNA-Guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System
Nature Biotechnology：Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array