去年Broad研究所的張鋒研究組采用了一種新生物信息學方法發(fā)現(xiàn)了暫時被命名為C2c1、C2c2和C2c3的新蛋白，這些蛋白的發(fā)現(xiàn)有望進一步擴大基因組編輯工具箱，為生物醫(yī)學研究開辟新的途徑。

近期來自中科院生物物理研究所的研究人員解析了結(jié)合有sgRNA的C2c1晶體結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)C2c1對應(yīng)的sgRNA呈現(xiàn)出一種與Cas9對應(yīng)的sgRNA或最近報道過的Cpf1所對應(yīng)的crRNA顯著不同的結(jié)構(gòu)。這有助于開發(fā)新的基因組編輯工具，降低基因編輯過程中的脫靶現(xiàn)象。

相關(guān)研究成果在線公布在12月15日的Molecular Cell雜志上，文章的通訊作者是中科院生物物理研究所王艷麗研究員，王艷麗研究組主要研究方向為CRISPR/Cas系統(tǒng)的作用機理研究與小分子介導的基因沉默的結(jié)構(gòu)生物學研究，其研究組去年解析了Cas1-Cas2與多種類型DNA的復合物的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了Cas1-Cas2識別外源入侵DNA分子機制。

在最新研究中，研究人員解析了結(jié)合有sgRNA的C2c1晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)顯示C2c1由兩個區(qū)域構(gòu)成，分別是具有識別sgRNA功能的REC區(qū)域和具有核酸酶功能的NUC區(qū)域。sgRNA是由crRNA和tracrRNA人工嵌合而成，其中，crRNA結(jié)合在C2c1的中心孔道內(nèi)，tracrRNA則被安置在C2c1外表面的凹槽中。

有趣的是，通過進一步觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)C2c1對應(yīng)的sgRNA呈現(xiàn)出一種與Cas9對應(yīng)的sgRNA或最近報道過的Cpf1所對應(yīng)的crRNA顯著不同的結(jié)構(gòu)。受到這個新結(jié)構(gòu)的提示，研究人員一方面分析了其他物種的C2c1所對應(yīng)的sgRNA結(jié)構(gòu)，另一方面縮短了該sgRNA的長度，并進行活性實驗，這兩方面的結(jié)果都初步驗證了這種獨特結(jié)構(gòu)的真實性和有效性。

此外，該研究還發(fā)現(xiàn)目的序列的單個堿基突變可以顯著降低C2c1剪切活性，這表明C2c1對靶定的目的序列有極其嚴格的要求，這一研究結(jié)果有助于開發(fā)新的基因組編輯工具，降低基因編輯過程中的脫靶現(xiàn)象。

同時生物物理所的高璞研究組也與Sloan研究所的Dinshaw J. Patel教授合作，在Cell上發(fā)文，解析了C2c1-sgRNA二元復合物及C2c1-sgRNA-DNA多種三元復合物結(jié)構(gòu)。并且他們通過結(jié)構(gòu)分析，揭示了C2c1不同于Cas9和Cpf1的獨特target DNA識別和切割方式。

而且研究人員還首次明確了C2c1對雙鏈DNA的切割會產(chǎn)生7nt的粘性末端。這是目前所有用于基因組編輯的CRISPR-Cas系統(tǒng)所能產(chǎn)生的最長粘性末端，將有希望提高切割后的連接效率。