9月2日，我校物质学院季泉江课题组在《自然·化学生物学》 (Nature Chemical Biology)杂志发表题为“Programmed genome editing by a miniature CRISPR-Cas12f nuclease”的研究论文，揭示了极小型CRISPR核酸酶—AsCas12f1（仅422个氨基酸）的DNA识别和切割机制，并将其转化为一种新型基因编辑工具，成功实现了在细菌和哺乳动物细胞中的基因编辑。此研究进一步拓展了CRISPR核酸酶工具库，为开发微型精准基因编辑和治疗工具提供了新思路。
CRISPR/Cas基因编辑技术由于其简便性和高效性，已被广泛应用于生物学、医学、农学等领域的基础与应用研究。目前广泛使用的Cas9与Cas12a核酸酶均具有较大的分子尺寸（通常大于1000个氨基酸），而广泛应用于基因治疗中的腺相关病毒载体的承载容量却十分有限，在容纳CRISPR核酸酶与引导RNA的编码序列之余往往难以承载更多其他功能元件，这严重限制了其在基因治疗等领域的应用。因此，亟需发掘更小分子尺寸的CRISPR核酸酶以解决这一难题。
Cas12f核酸酶是V-F型CRISPR/Cas系统的效应因子，通常具有较小的分子尺寸（约400-700个氨基酸）。在本研究中，研究人员系统研究了来自细菌Acidibacillus sulfuroxidans中的AsCas12f1核酸酶的生化性质与DNA切割机制，发现该核酸酶特异性识别PAM序列5’-TTR（R代表A或G），并在crRNA和tracrRNA形成的二元复合体引导下，实现对DNA的靶向切割,产生带有不对称粘性末端的双链DNA断裂。研究人员分别向大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌中引入AsCas12f1和Lambda Red重组酶系统以及单链修复模板，实现了在这两种细菌中的精确基因编辑。而后研究人员又将AsCas12f1分别通过质粒、核糖核蛋白复合体（RNP）以及腺相关病毒（AAV）等方式导入哺乳动物细胞中，并成功在靶位点引入了缺失或插入突变（Indel）。
AsCas12f1仅有422个氨基酸，是目前已知分子尺寸最小，且在哺乳动物细胞中具有基因编辑能力的CRISPR核酸酶。它的发现与鉴定为今后开发新型基因治疗工具提供了新的可能性。
上海科技大学为该项工作的第一完成单位，季泉江课题组助理研究员吴兆韡为第一作者，季泉江教授为通讯作者。上海科技大学生命学院分子细胞平台为该研究提供了技术支持。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委、上海科技大学启动经费、广州实验室应急攻关项目和中国博士后科学基金等项目的支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-021-00868-6
图 文 吴兆韡
排 版 张丽敏
编 辑 陈 蕾 高 瑄