张锋再发CRISPR新突破！“魔剪”可实现同时编辑4个基因

且听风雨 · 发表于 2016-12-9 16:12:12

12月5日，Nature Biotechnology杂志在线发表了题为“Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array”的研究成果。CRISPR先驱张锋以及Wageningen大学的John van der Oost是这篇论文的共同通讯作者。

突破：可实现同时编辑多达4个基因

近几年，CIRSPR技术飞速发展，除了“元老”CIRSPR/Cas9系统，科学家们还找到了一些新“选手”。2015年9月，张锋研究组在Cell杂志上发表的一篇论文中首次提出了新型基因编辑系统CRISPR/Cpf1。Broad研究所Eric Lander教授称，该研究证明了Cpf1在编辑人类基因组中非凡强大的功能。

在这项新研究中，科学家们发现，CRISPR/Cpf1系统能够克服Cas9靶向多个基因位点的限制。研究表明，Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用于简化多重基因组编辑。使用单个定制的CRISPR阵列（array），研究人员实现了在哺乳动物细胞中同时编辑多达4个基因，在小鼠大脑中同时编辑3个基因。

且听风雨 · 发表于 2016-12-9 16:12:29

4月：2篇Nature、1篇Cell

自CRISPR/Cpf1系统被提出以来，来自全球各国的科学家纷纷对其展开进一步的研究。今年4月，CRISPR/Cpf1系统迎来了一个发文小高峰。

4月20日，发表在Nature杂志上题为“The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA”的研究中，哈尔滨工业大学生命学院黄志伟教授及其团队首次揭示了CRISPR-Cpf1识别crRNA的复合物结构。

同日发表在Nature上题为“The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA”的研究证明了Cpf1在定向基因编辑中能执行RNA加工和DNA切割两个活动，这可能打开了对特定序列基因组编辑和沉默的新方向。CRISPR先驱Emmanuelle Charpentier是这一研究的通讯作者。

4月21日，发表在Cell杂志上题为“Crystal Structure of Cpf1 in Complex with Guide RNA and Target DNA”的研究揭示出了Cpf1/向导RNA/靶DNA复合物的晶体结构。张锋及东京大学Osamu Nureki教授是这一研究的共同通讯作者。

且听风雨 · 发表于 2016-12-9 16:12:46

6月：3篇Nature Biotechnology

另一个发文高峰是在6月。据不完全统计，Nature Biotechnology杂志当月连发了3篇与CRISPR/Cpf1系统相关的成果。

题为“Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1”和题为“Targetedmutagenesis in mice by electroporation of Cpf1 ribonucleoproteins”的两篇论文证实了Cpf1作为一种不会引发意外突变的精确基因组编辑工具具有的优势。韩国基础科学研究所的Jin-Soo Kim是这两项研究的通讯作者。

题为“Genome-wide specificities of CRISPR-Cas Cpf1 nucleases in human cells”的研究解析了新一代的CRISPR-Cas Cpf1核酸酶在人类细胞中的全基因组特异性。麻省总医院/哈佛医学院的J Keith Joung和Benjamin P Kleinstiver是这一研究的共同通讯作者。

且听风雨 · 发表于 2016-12-9 16:12:58

展望：新系统层出不穷，“各领风骚”

在科学家们的共同努力下，基因编辑工具家族可谓是越来越壮大。一方面，研究人员在CRISPR/ Cas9系统基础上进行改造，实现了多种新功能，包括只“剪”单个碱基、任意编辑非分裂细胞等。

另一方面，科学家们也开发出了一些新的系统，除了上文中提到的CRISPR/Cpf1，还包括张锋研究组提出的靶向RNA的CRISPR/C2c2系统、南京大学科学家提出的结构引导的DNA编辑工具——SGN等。

CRISPR先驱Jennifer Doudna在接受Cell杂志采访时表示，CRISPR的多功能性为能够改善人类生活的生物学和医学研究带来了新的、更广泛的可能。希望这一被寄予厚望的“魔剪”真正能够改变人类疾病的治疗，成为战胜病魔的有效工具。

参考文献

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