深度解析LbCas12a稳定突变组合的分子机制与进化景观

来自中国的研究团队针对CRISPR-Cas12a（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats associated protein 12a）核酸酶在基因编辑和体外诊断应用中稳定性不足的问题，通过深度学习模型筛选出90个稳定性提升的突变体。研究发现S962K等突变呈现复杂的上位效应，饱和突变实验揭示S962位点在不同遗传背景下对熔解温度（Tm）的差异化调控规律，为CRISPR核酸酶的理性设计提供了新见解。

　　

科学家们对广泛应用于基因编辑和体外诊断的Cas12a核酸酶展开深入研究。以Lachnospiraceae bacterium来源的LbCas12a为研究对象，通过深度学习模型成功筛选出90个稳定性提升的突变体。有趣的是，这些突变体表现出"温度适应性转移"现象——在高温下展现出更强的反式切割活性（trans-cleavage），却在母本蛋白最适温度下活性降低。

研究揭示了突变间复杂的上位效应（epistatic effects）。以S962K突变为例，该突变单独作用时稳定性提升有限，但在其他稳定突变背景下效果显著。更令人惊讶的是，对S962位点进行饱和突变时，野生型（WT）LbCas12a（T_m=41.9°C）和C10L/I976L/C1090D三突变体（T_m=41.1°C）展现出截然不同的响应模式：在野生型背景下，19种氨基酸替换中有12种降低T_m；而在三突变体背景下，18种替换反而提高T_m。

这项研究不仅阐明了稳定突变对LbCas12a热稳定性的调控机制，还成功利用稳定突变挽回了部分突变体的活性和稳定性。这些发现为理解Cas12a的自然进化提供了新视角，也为开发新一代CRISPR核酸酶工程化策略奠定了理论基础。