CRISPR先驱张锋Cell发表最新研究成果

　　

生物通报道  在发表于8月27日《细胞》(cell)杂志上的一篇新研究论文中，来自Broad研究所和东京大学的研究人员揭示出了金黄色葡萄球菌Cas9复合物(SaCas9)的晶体结构——这种高效的酶克服了在哺乳动物体内进行基因组编辑一个主要的挑战。

今年4月，Broad研究所核心成员、麻省理工学院McGovern脑研究所研究员张锋（Feng Zhang）博士和同事们率先确定了SaCas9是一种有潜力的基因组编辑工具，其有望提高科学家们在体内编辑基因组的能力（延伸阅读：张锋Nature重大突破：用新型高效Cas9实现基因组编辑 ）。

SaCas9比当前广泛使用的化脓链球菌的Cas9酶(SpCas9)小25%，从而解决了腺相关病毒（AAV）等载体负载能力有限，难以同时包装SpCas9酶和其他基因编辑必需的元件进入到单个病毒颗粒中这一问题。此外，他们还证实了SaCas9不仅与SpCas9 DNA切割效率相当，且具有相当的DNA靶向精确度。

这项新结构研究将帮助研究人员改进及进一步操控这一有前景的工具加速基因组研究，使得运用这一技术来治疗人类遗传疾病离现实更近了一步。
 
共同资深作者张锋说：“SaCas9是我们的Cas9工具箱中最新添加的工具，这一晶体向我们显示了它的蓝图。这项研究为优化这一技术实现全球健康利益指出了前进的道路。”

工程CRISPR-Cas9系统利用了作为细菌的一种防御机制、对抗病毒感染的天然系统。张锋实验室首次在哺乳动物中采用这一系统作为一种有效的基因组编辑工具，借助了来自嗜热链球菌和酿脓链球菌的Cas9酶——StCas9和SpCas9。张锋和他的研究小组之后继续分析了来自不同类型细菌的数百种Cas9s，来寻找具有某些特性，可以优化应用于人类细胞中的蛋白质，由此发现了SaCas9。

现在，张锋和同事们详细描述了SaCas9的分子结构，为科学家们提供了该酶的高分辨率图像。通过比较SaCas9与更常用的SpCas9的晶体结构，研究小组重点探讨了对Cas9功能极为重要的一些方面——其有可能为开发出更小的基因组编辑工具铺平道路。有了这一晶体结构在手，张锋和他的研究小组可以应用这一新知识进一步开发CRISPR-Cas9系统的实验和治疗潜力。

论文的合著作者、张锋实验室前成员Le Cong说：“我们最终的目标是要将这一核酸酶应用于基因治疗。获得这一结构使我们能够构建出更小、更精确、更完全的工程Cas9s来实现这一目标。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

“Crystal Structure of Staphylococcus aureus Cas9.” Cell, doi:10.1016/j.cell.2015.08.007

The RNA-guided DNA endonuclease Cas9 cleaves double-stranded DNA targets with a protospacer adjacent motif (PAM) and complementarity to the guide RNA. Recently, we harnessed Staphylococcus aureus Cas9 (SaCas9), which is significantly smaller than Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), to facilitate efficient in vivo genome editing. Here, we report the crystal structures of SaCas9 in complex with a single guide RNA (sgRNA) and its double-stranded DNA targets, containing the 5′-TTGAAT-3′ PAM and the 5′-TTGGGT-3′ PAM, at 2.6 and 2.7 Å resolutions, respectively. The structures revealed the mechanism of the relaxed recognition of the 5′-NNGRRT-3′ PAM by SaCas9. A structural comparison of SaCas9 with SpCas9 highlighted both structural conservation and divergence, explaining their distinct PAM specificities and orthologous sgRNA recognition. Finally, we applied the structural information about this minimal Cas9 to rationally design compact transcriptional activators and inducible nucleases, to further expand the CRISPR-Cas9 genome editing toolbox.