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CRISPR/Cas家族又添一员:CasX-新型基因编辑工具

CRISPR/Cas9基因组编辑技术自问世以来,已经受到了人们的广泛关注和重视,并迅速成为生命科学领域最流行的基因编辑工具。事实上,该系统早就存在于自然界中了,是一种原核生物的免疫防御系统,用于抵抗外来物质的入侵。当病毒首次入侵细菌时,DNA序列注入到细胞,CRISPR/Cas9系统从这段DNA序列截取部分序列,整合到基因组的CRISPR序列中,CRISPR序列能表达与入侵DNA相匹配的小分子RNA,当病毒再次入侵时,CRISPR RNA可通过互补配对识别目标基因组,并表达CRISPR相关酶(Cas9),该核酸内切酶能切割病毒DNA,从而阻挡病毒的攻击。基于这种精确的靶向功能,CRISPR/Cas9系统被开发成一种高效的基因编辑工具。

日前,来自美国加州大学伯克利分校的科学家在《自然》杂志上报告了Cas核酸酶家族的一位新成员:CasX。CasX是一种新型的小型CRISPR基因编辑工具,比Cas9小很多,由不到1000个氨基酸组成。与其他Cas蛋白类似,CasX能够切割双链DNA,结合DNA并调节相关基因的表达,同时能靶向特定的DNA序列。

Cas核酸酶家族的一名新成员——基因编辑蛋白CasX,CasX(灰色)为该蛋白的独特结构,它由RNA(红色)引导至特定的DNA序列(蓝色),在那里结合并切割DNA。图片来源:加州大学伯克利分校

 

然而CasX与其他Cas蛋白也有许多不同之处,目前广泛使用的Cas9来源于可以人工培养的细菌,而CasX从未经培养的地下水微生物中分离获得;由于CasX来自人类不存在的细菌,因此与Cas9相比,可能更容易被人体的免疫系统所接纳;研究者通过冷冻电子显微镜观察到CasX特殊的分子组成和结构,表明CasX是一种在细菌中进化出的独立于其他Cas蛋白的特殊蛋白;序列分析结果也表明,CasX与其他Cas蛋白的相似性较小;此外,CasX含有参与DNA解螺旋的结构域,并具有较低的反式切割活性;最后,CasX能同时修饰人类和大肠杆菌的基因组。

这些结果表明,CasX具有独特的结构和基因编辑方式,或许具备目前CRISPR/Cas基因组编辑技术所没有的优势,有待后续研究人员共同深入探讨CasX的作用原理,使CRISPR/CasX变成有效的基因编辑工具,为治疗疾病开辟新途径。

 

参考出处:

 

1) Jun-Jie Liu, Natalia Orlova, Benjamin L. Oakes, et al. CasX enzymes comprise a distinct family of RNA-guided genome editors, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0908-x

2) Burstein D , Harrington L B , Strutt S C , et al. New CRISPR–Cas systems from uncultivated microbes[J]. Nature, 2016, 542(7640):237-241.

@ 2017 Guangdong Trement Medical Science and Technology Co., Ltd