上科大孙博团队揭示新型CRISPR酶独特切割机制，为基因编辑带来新突破
上科大孙博团队揭示新型CRISPR酶独特切割机制，为基因编辑带来新突破
近日，上海科技大学生命科学与技术学院孙博课题组在《核酸研究》期刊发表重要研究成果，揭示了一种新型CRISPR核酸酶AsCas12f1的独特DNA切割模式。这一发现不仅深化了我们对CRISPR-Cas系统的理解，更为开发更高效的基因编辑工具提供了新的方向。
CRISPR-Cas系统是细菌和古菌在长期演化过程中形成的一种免疫防御机制，用于对抗入侵的病毒及外源DNA。其中，II类CRISPR系统因其组成简单、成本低廉等特点，已被广泛开发成多种基因编辑工具。然而，常用的Cas9与Cas12a等CRISPR核酸酶由于分子量较大（大于1,000个氨基酸），在体内递送时存在诸多限制。
相比之下，II类V-F型CRISPR-Cas12f蛋白作为一种新近发现的紧凑型Cas核酸酶，其分子量仅为400-700个氨基酸，这使得它在体内递送方面具有显著优势。孙博团队此次研究的AsCas12f1，正是来自细菌Acidibacillus sulfuroxidans的一种超小型CRISPR核酸酶，仅含有422个氨基酸。
研究团队通过系统研究，揭示了AsCas12f1对靶DNA切割过程的动力学分子机制。他们发现，AsCas12f1在切割靶DNA时展现出独特的三步切割模式：
首先，AsCas12f1会解旋原间隔区内的DNA双链，并在非靶链上产生一个缺口（nick），随后进行双向外切模式的核酸降解。
接着，AsCas12f1会进一步将DNA解旋范围扩展到原间隔区外的5个碱基对，并对解旋的DNA进行顺序降解。
最后，AsCas12f1会在原间隔区下游3个核苷酸处内切靶链DNA，并释放PAM远端的DNA片段，在靶DNA上生成三处断裂位点。
这一独特的切割机制与传统的Cas9或Cas12a等核酸酶显著不同，为开发新型基因编辑工具提供了新的可能性。研究还发现，Mg2+离子有助于原间隔内外DNA的解旋和降解过程的耦合，而AsCas12f1-v5.1突变体则能加速原间隔序列DNA的切割。
这一发现的重要性在于，AsCas12f1的小分子量和独特切割模式使其成为开发新一代基因编辑工具的理想选择。在CRISPR基因编辑领域，科学家们一直在努力开发更小、更精准的编辑工具，以克服现有技术在递送和应用中的局限性。例如，2023年6月，张锋团队在Nature期刊报道了在真核生物中发现的第一个RNA引导的DNA核酸酶——Fanzor，其紧凑的结构和精准的编辑能力引起了广泛关注。
上海科技大学孙博课题组的这一研究成果，为进一步优化基于Cas12f的基因编辑工具提供了重要的理论基础。随着研究的深入，这种新型核酸酶有望在遗传疾病治疗、作物改良等多个领域展现出广阔的应用前景，为基因编辑技术的发展开辟新的方向。