Nature:從結構上揭示CRISPR-Cpf1的DNA靶向機制

2020-11-28 生物谷

圖片來自University of Copenhagen。


2017年7月8日/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自丹麥哥本哈根大學的研究人員發現了一種新的被稱作Cpf1的分子剪刀如何讓DNA解鏈，並對它進行切割。這個CRISPR-Cas家族成員表現出較高的準確性，能夠像全球定位系統（GPS）那樣發揮作用以便鑑定出基因組中的靶位點。Cpf1的高精準度將會改進這種技術在修復基因損傷、其他醫學應用和生物技術應用上的使用。

這些研究人員成功地可視化觀察和描述了Cpf1的工作方式。這種蛋白屬於Cas家族，能夠切割雙鏈DNA，因而允許啟動這種基因組修飾過程。相關研究結果發表在2017年6月22日的

Nature

期刊上，論文標題為「Structure of the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage」。論文通信作者為哥本哈根大學研究員Guillermo Montoya和Stefano Stella。

Montoya解釋道，這種新的分子剪刀「因極其精準地識別靶DNA序列，將能夠讓我們更加安全地修飾和編輯寫在基因組上的指令。」

切割和連接基因組序列的CRISPR-Cas9系統已正在被用來修飾動物和植物基因組。它也被用來治療人體中的癌症和視網膜疾病等疾病，而且它的應用在不斷增加。

X射線衍射晶體分析技術

全世界的科學家們正在努力優化這種基因組編輯技術以便讓它變得更加精準和更加高效。為了實現這一點，科學家們也關注特異性地切割DNA的其他蛋白，如Cpf1，對這些蛋白進行操縱能夠將它們引導到基因組中的特定位點上。Montoya團隊利用X射線衍射晶體分析技術成功地解析出控制這種過程的分子機制。

Montoya說，「我們利用X射線照射Cpf1蛋白晶體，能夠在原子解析度上觀察到它的結構，從而能夠讓我們觀察它的所有組分。X射線衍射是被用來解析生物分子結構的主要生物物理學技術之一。」

「Cpf1的主要優勢在於它的高度特異性和DNA切割方式，這是因為利用這種新的分子剪刀能夠產生交錯末端，而不是Cas9產生的平端斷裂。這些交錯末端有利於DNA序列插入。」

Montoya補充道，「Cpf1系統識別DNA序列的高精準度指導這種蛋白鑑定出它在基因組中的靶位點。與用於這種目的的其他蛋白相比，它也是多功能的，很容易重新編程。」

遺傳疾病和腫瘤

他說，這些性質使得這種系統「特別適合用於治療

遺傳

病和

腫瘤

。」

Montoya團隊之前與法國生物技術公司Celletics合作利用歸巢核酸內切酶（meganuclease）治療某些

白血病

。歸巢核酸內切酶能夠經過重新設計，切割基因組中的特定位點。

Montoya補充道，這種新技術「也能夠被用來修飾微生物，旨在合成產生藥物和生物燃料所需的代謝物」。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Stefano Stella, Pablo Alcón & Guillermo Montoya. Structure of the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage. Nature, 22 June 2017, 546(7659):559–563, doi:10.1038/nature22398

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