中国科学家发现CRISPR/Cas12a切割ssDNA的新活性

2018年3月12日, 《Cell Research》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所赵国屏研究组题为“Cas12a兼具顺式和反式单链DNA切割活性”(CRISPR-Cas12a has both cis- and trans-cleavage activities on single-stranded DNA)的最新研究论文。本文深入系统地研究了Cas12a对于靶标单链DNA和非靶标单链DNA的切割特性。

作为生命的基本遗传物质，DNA的精准编辑和快速检测一直以来都受到高度的重视。近年来，随着CRISPR/Cas9系统的发现和开发，人们对基因治疗重新燃起了新希望；尽管存在一些潜在的安全风险和一定的伦理之争，CRISPR/Cas9系统出于其相对精准和高效，已经开始被应用于临床的研究。与此同时，科学家也开始将CRISPR系统引入核酸快速检测领域，期望为现有的临床诊断技术带来突破。

在本研究中，作者发现Cas12a在靶标ssDNA的第22位附近特异切割DNA（称为cis切割），并且该切割行为不需要PAM序列的辅助。同时，研究还发现，一旦Cas12a与crRNA以及靶标DNA形成三元复合体后，该复合物就会显示出很强的“乱切”活性，并将体系中任意单链DNA切成碎片（称为trans切割）。借助于质谱分析，作者发现Cas12a将ssDNA切成2-4nt的片段。根据一系列点突变的实验结果，作者还证明了Cas12a的cis和trans切割活性都和其RuvC口袋（‘RuvCpocket’）相关，并据此提出了Cas12a切割ssDNA的分子模型。该研究成果有望为DNA临床诊断提供新的研究思路。

赵国屏研究组近年来聚焦于合成生物学使能技术的开发和应用，开发了多项DNA编辑和检测的方法，并积极推动这些方法用于临床研究。该研究得到了中国科学院先导专项（“人工染色体构建与稳定遗传的技术方法”）、中国科学院青年创新促进会和国家自然科学基金委的经费资助。