张锋再发CRISPR新突破！“魔剪”可实现同时编辑4个基因
2016-12-09 陈莫伊 生物探索
导语：张锋“大神”本周又在Nature Biotechnology上发表了一项CRISPR突破成果。研究描述了一种可实现同时编辑4个基因的系统。这一名为CRISPR/Cpf1的系统最早由张锋研究组于去年9月发表在Cell上的一篇论文中提出。截至目前，包括CRISPR“女神”Emmanuelle Charpentier在内的科学家们已经发表了多篇与CRISPR/Cpf1系统相关的重要成果。12月5日
导语：张锋“大神”本周又在Nature Biotechnology上发表了一项CRISPR突破成果。研究描述了一种可实现同时编辑4个基因的系统。这一名为CRISPR/Cpf1的系统最早由张锋研究组于去年9月发表在Cell上的一篇论文中提出。截至目前，包括CRISPR“女神”Emmanuelle Charpentier在内的科学家们已经发表了多篇与CRISPR/Cpf1系统相关的重要成果。
12月5日，Nature Biotechnology杂志在线发表了题为“Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array”的研究成果。CRISPR先驱张锋以及Wageningen大学的John van der Oost是这篇论文的共同通讯作者。
突破：可实现同时编辑多达4个基因
近几年，CIRSPR技术飞速发展，除了“元老”CIRSPR/Cas9系统，科学家们还找到了一些新“选手”。2015年9月，张锋研究组在Cell杂志上发表的一篇论文中首次提出了新型基因编辑系统CRISPR/Cpf1。Broad研究所Eric Lander教授称，该研究证明了Cpf1在编辑人类基因组中非凡强大的功能。
在这项新研究中，科学家们发现，CRISPR/Cpf1系统能够克服Cas9靶向多个基因位点的限制。研究表明，Cpf1加工自身CRISPR RNA (crRNA)的能力可用于简化多重基因组编辑。使用单个定制的CRISPR阵列（array），研究人员实现了在哺乳动物细胞中同时编辑多达4个基因，在小鼠大脑中同时编辑3个基因。
4月：2篇Nature、1篇Cell
自CRISPR/Cpf1系统被提出以来，来自全球各国的科学家纷纷对其展开进一步的研究。今年4月，CRISPR/Cpf1系统迎来了一个发文小高峰。
4月20日，发表在Nature杂志上题为“The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA”的研究中，哈尔滨工业大学生命学院黄志伟教授及其团队首次揭示了CRISPR-Cpf1识别crRNA的复合物结构。
同日发表在Nature上题为“The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA”的研究证明了Cpf1在定向基因编辑中能执行RNA加工和DNA切割两个活动，这可能打开了对特定序列基因组编辑和沉默的新方向。CRISPR先驱Emmanuelle Charpentier是这一研究的通讯作者。
4月21日，发表在Cell杂志上题为“Crystal Structure of Cpf1 in Complex with Guide RNA and Target DNA”的研究揭示出了Cpf1/向导RNA/靶DNA复合物的晶体结构。张锋及东京大学Osamu Nureki教授是这一研究的共同通讯作者。
6月：3篇Nature Biotechnology
另一个发文高峰是在6月。据不完全统计，Nature Biotechnology杂志当月连发了3篇与CRISPR/Cpf1系统相关的成果。
题为“Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1”和题为“Targeted mutagenesis in mice by electroporation of Cpf1 ribonucleoproteins”的两篇论文证实了Cpf1作为一种不会引发意外突变的精确基因组编辑工具具有的优势。韩国基础科学研究所的Jin-Soo Kim是这两项研究的通讯作者。
题为“Genome-wide specificities of CRISPR-Cas Cpf1 nucleases in human cells”的研究解析了新一代的CRISPR-Cas Cpf1核酸酶在人类细胞中的全基因组特异性。麻省总医院/哈佛医学院的J Keith Joung和Benjamin P Kleinstiver是这一研究的共同通讯作者。
展望：新系统层出不穷，“各领风骚”
在科学家们的共同努力下，基因编辑工具家族可谓是越来越壮大。一方面，研究人员在CRISPR/ Cas9系统基础上进行改造，实现了多种新功能，包括只“剪”单个碱基、任意编辑非分裂细胞等。
另一方面，科学家们也开发出了一些新的系统，除了上文中提到的CRISPR/Cpf1，还包括张锋研究组提出的靶向RNA的CRISPR/C2c2系统、南京大学科学家提出的结构引导的DNA编辑工具——SGN等。
CRISPR先驱Jennifer Doudna在接受Cell杂志采访时表示，CRISPR的多功能性为能够改善人类生活的生物学和医学研究带来了新的、更广泛的可能。希望这一被寄予厚望的“魔剪”真正能够改变人类疾病的治疗，成为战胜病魔的有效工具。
原始出处：
Zetsche B1, Gootenberg JS2, Abudayyeh OO3, Slaymaker IM3, Makarova KS4, Essletzbichler P3, Volz SE3, Joung J3, van der Oost J5, Regev A6, Koonin EV4, Zhang F7.Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system.Cell. 2015 Oct 22
Bernd Zetsche, Matthias Heidenreich,Prarthana Mohanraju,Iana Fedorova, Jeroen Kneppers,Ellen M DeGennaro,Nerges Winblad,Sourav R Choudhury,Omar O Abudayyeh,Jonathan S Gootenberg,Wen Y Wu,David A Scott,Konstantin Severinov, John van der Oost& Feng Zhang.Multiplex gene editing by CRISPR–Cpf1 using a single crRNA array.NATURE BIOTECHNOLOGY.05 December 2016
作者：陈莫伊
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