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张锋再发Cell:两张图详解“魔剪”CRISPR家族!

2017/03/01 来源:生物探索
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导读
继1月在Cell杂志上发表SnapShot对2类CRISPR系统进行详细归纳后,张锋与NIH的两位科学家上周又在Cell杂志上发表了另一篇对1类CRISPR系统进行了系统性的总结的文章。


微生物利用多种CRISPR-Cas系统组成了它们的免疫力,其中,2类CRISPR系统(特别是基于核酸酶Cas9的系统)已成为最热门的基因编辑工具。1月初,发表在Molecular Cell杂志上的一项新成果中,CRISPR先驱张锋带领的研究小组发现了两个新型的RNA靶向2类CRISPR系统。

同月,张锋与NIH的两位科学家在Cell杂志上发表了题为“Class 2 CRISPR-Cas Systems”的SnapShot,对2类CRISPR系统进行了详细的归纳(见下图)。文章称,基于不同的效应蛋白,CRISPR-Cas系统被分为两类。1类CRISPR-Cas系统利用多个蛋白效应器复合物(multi-protein effector complexes),而2类CRISPR-Cas系统利用单个蛋白效应器。

目前,2类CRISPR-Cas系统被分为3种类型、9个亚型。从概念上说,主要包括三个方面的应用:1)基因编辑,包括基因敲除、基因敲入以及引发突变;2)基因调控以及递送各种功能的部件(如转录因子)到DNA中特定的位置;3)靶向ssRNA。

那么,1类CRISPR-Cas系统的分类、作用机制、效应器复合物组成、功能等方面的信息又是怎样的呢?2月23日,发表在Cell杂志上另一篇题为“Class 1 CRISPR-Cas Systems”的SnapShot中,三位科学家给出了这些问题的答案。

文章称,基于不同的效应蛋白家族,1类CRISPR-Cas系统被分为3个类型(I、III、IV)、12个亚型(如下图)。研究人员在不同的细菌和古细菌中发现了1类系统。举例来说,嗜热微生物中富含1类III型CRISPR-Cas系统。

在功能方面,文章称,事实上,1类CRISPR-Cas系统中常见的多个Cas蛋白到目前为止还没有明确特定的功能。最后一部分内容中,作者们提到了抗CRISPR蛋白(Anti-CRISPR Protein)。研究表明,至少某些噬菌体能够编码多种抗CRISPR蛋白。这类蛋白或许可用于抑制CRISPR-Cas系统。

小编注意到,去年12月,Cell杂志先后发表2篇与抗CRISPR蛋白相关的研究成果。在题为“Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9”的研究中,科学家们找到了特异性抑制脑膜炎奈瑟氏球菌CRISPR-Cas9系统的anti-CRISPRs三大不同的家族。研究证实,这些anti-CRISPRs能够被用作人类细胞基因编辑的有效抑制剂。

在题为“Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins”的研究中,科学家们在李斯特菌中找到了多种称为anti-CRISPRs的抑制剂。其中,AcrIIA2和AcrIIA4两个抑制剂能够阻断酿脓链球菌Cas9酶或SpyCas9酶的活性。研究人员表示,这些anti-CRISPR的序列是通过先前的噬菌体感染留在细菌基因组中的。正如CRISPR技术是开发自细菌天然的抗病毒系统,我们也可以利用病毒躲避细菌防御的anti-CRISPR蛋白寻找关闭开关。

参考资料:

SnapShot: Class 2 CRISPR-Cas Systems

SnapShot: Class 1 CRISPR-Cas Systems

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