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　　“这项研究对于拓展人们对CRISPR系统多样性的认识，解决CRISPR效应子在体内的应用问题具有重要意义。我们首次阐明了CRISPR效应子III-E型的结构与功能之间的关系，并进一步阐明了其独特的进化地位。同时，我们也为Cas7-11的工程改造提供了重要信息，使其截短体能够以AAV(腺相关病毒)为载体在体内发挥功能。”麻省理工学院麦戈文大脑研究所Abuddayeh-Gootenberg实验室的博士后研究员周文渊说。 　　

　　

　　图片|周文渊(来源：周文渊) 　　

　　

　　最近，麻省理工学院Abodah Yee-gutenberg团队和东京大学Xizeng实验室分析了Cas7-11与crRNA及其靶RNA的复合物的结构，并在此基础上开发了Cas7-11的紧凑变体(Cas7-11S)，不仅解决了Cas7-11因其编码序列长而难以在体内递送的问题，还可用于人类细胞低转录的单载体AAV包装，以实现更精确的RNA编辑。 　　

　　

　　相关论文发表在Cell上，题目为《III-E 型 CRISPR-Cas7-11 效应器复合物的结构和工程》(III-e型CRISPR-CAS 7-11效应子复合体的结构与工程)。周文渊博士是第一作者，东京大学高级科学技术研究中心的结构生物学教授Hiroshi Nishimasu是通讯作者。审稿人认为，这项工作对于拓展人们对CRISPR/Cas家族蛋白结构和功能的认识具有重要意义。 　　

　　

　　图|相关论文(来源：Cell) 　　

　　

　　已知Cas7-11是具有双重RNase(核糖核酸酶)活性的III-E CRISPR-Cas效应子。它由CAS 7.1CAS 7.4、Cas11、ins和CTE七个域和四个域间链接组成。可用于细菌和哺乳动物的PrecrRNA(前体CRISPR RNA)加工和crRNA引导的RNA切割。详细来说，Cas7-11是在漫长的进化过程中，由几个1类CRISPR效应子融合而成的单一蛋白效应子。 　　

　　

　　该团队于2021年首次发现了Cas7-11。当时他们通过生物信息学的手段对Cas7-11的各个亚基的作用方式做了如下推测：这些亚基是否还保留着原来的功能？它们结合形成融合蛋白后，目标RNA会以什么方式被精确切割？这些亚基在结构和功能上的联系是否有助于Cas7-11的工程化？ 　　

　　

　　为了找出这些问题的答案，研究人员试图进行进一步的结构生物学和生物化学研究，并决定与东京大学西泽实验室开始合作，该实验室专门从事冷冻电镜研究，并对CRISPR系统有长期的研究积累。经过与西增实验室的密切合作，他们能够在一年内顺利完成研究。 　　

　　

　　图| cas 7-11结构域的结构(来源：Cell) 　　

　　

　　在研究中，团队发现Cas7-11的各个组分与其来源的1类效应子高度同源，各有各的功能，相互配合完成对前crRNA和靶RNA的精确切割。 　　

　　

　　此外，实验表明，crRNA和靶RNA之间的错配可以非常准确地影响Cas7-11对靶的切割模式。这一结果进一步显示了Cas7-11在进化和功能上的独特性，也显示了其高度的特异性，表明其具有体内应用的潜力。 　　

　　

　　此外，Cas7-11对靶RNA切割具有高度特异性和安全性。与目前的Cas13和shRNA相比，Cas7-11显示出作为治疗的潜在优势。因此，如何减少通过AAV运送的数量成为该团队的一个重要研究目标。 　　

　　

　　根据结构生物学的信息，他们对Cas7-11进行了最小的工程改造，使其在体内。 　　

作为 RNA 调节和编辑的工具铺平了道路。据研究人员介绍，去除了冗余 INS 结构域的 Cas7-11 不但实现了以 AAV 作为载体的递送，同时还保留了对于靶标 RNA 切割的活性和特异性。

　　

目前，该团队仍致力于进一步改造 Cas7-11，使之在多种的转录组调控过程中发挥更有效以及更具有多样性的作用。

　　

　　

　　

图 | crRNA 和靶 RNA 的结构和识别（来源：Cell）

　　

　　

周文渊表示，Cas7-11 相比于其他 RNA 切除工具的一个重要特点是，其能够在高效切割体内靶标 RNA 的同时保持极高的安全性。因此，在基础科研领域，Cas7-11 有潜力作为新的转录组筛选工具，在不造成系统毒性的情况下，对靶标 RNA 的功能进行更加如实的报告；在基因疗法领域，Cas7-11 能够以 AAV 递送的形式在特定组织中发挥作用，对致病RNA进行安全的清除，这一过程既降低了脱靶效应可能带来的风险，又为瞬时、可逆的基因疗法创造了条件。

　　

据了解，周文渊本科毕业于北京大学化学与分子工程学院，期间曾在该校化学与分子工程学院化学生物学系主任、北京大学前沿交叉学科研究院副院长的陈鹏教授实验室进行科研训练，主要训练内容包括金属结合蛋白的结构生物学研究和生物传感器的开发。博士时期，他在匹兹堡大学化学系亚历山大·德特斯（Alexander Deiters）实验室进行科研工作，专注于利用化学生物学手段，来实现对于基因编辑工具和细胞内信号通路的光遗传学改造。

　　

拿到博士学位后，周文渊奔赴 MIT 的Abuddayeh-Gootenberg 实验室展开 DNA 与 RNA 编辑的研究。现在，他在位于美国旧金山湾区的 Scribe Therapeutics 公司从事基因编辑疗法的工作，旨在推出更高效、更安全和更具有可及性的基因疗法，以应对当前和未来存在的各类未能得到满足的医疗需求。

　　

-End-

　　

　　

　　

参考：
1.Kazuki Kato et al. Structure and engineering of the type III-E CRISPR-Cas7-11 effector complex. Cell.（2022）https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.05.003