張鋒發(fā)表Science雜志CRISPR新綜述

2016年08月22日訊 長期以來人們認(rèn)為適應(yīng)性免疫是動物的一種獨(dú)有特征。然而，發(fā)現(xiàn)在幾乎一半的原核基因組中存在CRISPR-Cas防御系統(tǒng)則顯示出了另一個方面。由于寄生物與宿主間永無止境的軍備競賽，通過平行轉(zhuǎn)移完整的基因位點(diǎn)或單個模塊，導(dǎo)致極大的結(jié)構(gòu)和功能多樣性，CRISPR-Cas 一直在快速地進(jìn)化著。

CRISPR-Cas系統(tǒng)可分為兩個不同的種類，每種包含三大類型和多個亞型。在這篇綜述文章中，作者們探討了近期取得的CRISPR-Cas研究進(jìn)展，揭示出了一些精妙的分子機(jī)制，提供了一個有關(guān)CRISPR-Cas進(jìn)化的可信的情景。他們還簡略地描述了最近開發(fā)的廣泛的基于CRISPR的應(yīng)用。

原核生物進(jìn)化出了多個系統(tǒng)對抗諸如病毒和質(zhì)粒等入侵物。舉例來說，這樣的防御系統(tǒng)包括受體遮蔽、限制-修飾（R-M）系統(tǒng)、DNA干擾（Argonaute）、噬菌體排除（BREX或PGL）以及頓挫感染等，所有這些系統(tǒng)都以一種天然的、非特異的方式發(fā)揮作用。此外，原核生物還進(jìn)化出了適應(yīng)性、可遺傳的免疫系統(tǒng)：CRISPR和CRISPR-Cas。將來自入侵元件的DNA序列整合到CRISPR陣列（array）中（適應(yīng)階段），再將CRISPR陣列翻譯為長pre-crRNAs并加工為短crRNAs（表達(dá)階段），引導(dǎo)Cas蛋白特異性降解后來接觸的同源DNA（干擾階段），賦予了這一適應(yīng)性免疫。

在大多數(shù)古細(xì)菌和近一半的細(xì)菌基因組中存在著許多不同的CRISPR-Cas系統(tǒng)。最新的CRISPR-Cas分類表描述了兩個種類，它們各自被細(xì)分為三大類型。結(jié)合生物化學(xué)與分子遺傳學(xué)大大推動了揭示不同CRISPR-Cas類型許多獨(dú)特的特征。此外，結(jié)構(gòu)分析和單分子研究進(jìn)一步增進(jìn)了我們對CRISPR-Cas功能分子基礎(chǔ)的認(rèn)識。

近期取得的一些進(jìn)展包括揭示出了適應(yīng)階段，即加工外源DNA片段，并將其作為新的間隔序列（spacer）整合到CRISPR陣列中去時相關(guān)的一些步驟。此外，鑒別出了三種新的CRISPR-Cas類型（IV, V和VI），尤其是V型干擾復(fù)合物已通過實(shí)驗(yàn)確定了特征。此外，能夠借助CRISPR-Cas元件，如Cas9和Cpf1很容易地切割及編程序列特異性靶DNA，使得研究人員可將這些CRISPR-Cas元件作為高度有效的工具，用于廣泛的真核和原核生物中實(shí)現(xiàn)遺傳工程和基因調(diào)控。利用結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的工程學(xué)，研究人員正在積極解決Cas9核酸酶造成脫靶切割這一迫切的問題。

在文章中，作者們指出盡管在過去的幾年里大大增進(jìn)了對CRISPR-Cas系統(tǒng)的認(rèn)識，還有許多問題有待揭示。不斷地發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas變體可直接測試近來提出的有關(guān)CRISPR-Cas系統(tǒng)進(jìn)化的模塊化學(xué)說。近期發(fā)現(xiàn)并確定了一些新CRISPR-Cas類型的特征表明，以我們當(dāng)前的知識來預(yù)測親緣關(guān)系遙遠(yuǎn)的CRISPR-Cas變體的功能細(xì)節(jié)能力還相對有限。因此，需要徹底地剖析新發(fā)現(xiàn)的CRISPR-Cas系統(tǒng)認(rèn)識它們的生物學(xué)作用，揭示它們的分子機(jī)制，利用它們的潛能來開發(fā)生物技術(shù)。

有關(guān)CRISPR-Cas生物學(xué)的一些關(guān)鍵的、懸而未決的問題包括，微生物適應(yīng)性免疫的生態(tài)作用，CRISPR-Cas的高平行轉(zhuǎn)移率，CRISPR-Cas和噬菌體編碼anti-CRISPR蛋白的共進(jìn)化。當(dāng)前對于CRISPR-Cas的表達(dá)調(diào)控，CRISPR-Cas在防御之外的一些過程中所起的作用還知之甚少。關(guān)于CRISPR-Cas機(jī)制，闡明在間隔序列獲取中適應(yīng)階段和干擾階段之間聯(lián)系的一些細(xì)節(jié)還不清楚。

當(dāng)前了解甚少的一個CRISPR-Cas關(guān)鍵方面是自我/非自我識別。在CRISPR變體之間這一識別機(jī)制似乎有著很大的差異。近期比較2型效應(yīng)器復(fù)合物（Cas9/Cpf1）揭示出了一些整體的結(jié)構(gòu)相似性以及結(jié)構(gòu)與機(jī)制差異。

這些CRISPR-Cas變體或許可以轉(zhuǎn)化為互補(bǔ)的生物技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合一些用于基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新工具，CRISPR相關(guān)效應(yīng)器復(fù)合物將幫助開發(fā)出新一代的抗病毒預(yù)防藥物和療法。對于人類基因治療應(yīng)用，作者們指出，仍然需要不斷地改進(jìn)安全、有效地將Cas9/Cpf1和gRNAs傳遞到細(xì)胞和組織中去的方法。進(jìn)一步認(rèn)識有關(guān)CRISPR-Cas結(jié)構(gòu)、功能和生物學(xué)的基本細(xì)節(jié)，尤其是確定新Cas效應(yīng)器蛋白的特征，對于優(yōu)化及進(jìn)一步擴(kuò)展CRISPR-Cas系統(tǒng)各種應(yīng)用至關(guān)重要。

本文地址:http://www.soujuw.cn/jiankang/303731.html.

聲明： 我們致力于保護(hù)作者版權(quán)，注重分享，被刊用文章因無法核實(shí)真實(shí)出處，未能及時與作者取得聯(lián)系，或有版權(quán)異議的，請聯(lián)系管理員，我們會立即處理，本站部分文字與圖片資源來自于網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)載是出于傳遞更多信息之目的,若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請立即通知我們(管理員郵箱：602607956@qq.com)，情況屬實(shí)，我們會第一時間予以刪除，并同時向您表示歉意,謝謝!

上一篇: Nature破解30年研究謎題：朊蛋···

下一篇: 張鋒公司新文章：如何提高CRISPR···