元素百科介绍CRISPR-Cas9基因编辑研究的新成果。11月9日，复旦大学生命科学学院、国家遗传工程重点实验室黄强研究小组与卢大儒研究小组合作的基因编辑系统CRISPR-Cas9研究成果在线发表在国际知名学术期刊《自然通信》上(Nature Communications)。结果分析了CRISPR-Cas9的DNA剪切活性结构，在CRISPR-Cas9的DNA剪切机制研究方面取得了重要进展。
目前，基于细菌获得性免疫系统开发的CRISPR-Cas9技术已成为革命性的基因编辑工具。这种“基因魔法剪辑”可以方便地切割和编辑基因组DNA，在生物医学领域具有巨大的应用潜力。为了了解系统的DNA剪切机制和指导系统的优化，在过去的几年里，许多研究机构分析了许多“Cas9”-sgRNA-三元复合晶体结构“DNA靶链”。然而，这些复合结构并没有完全揭示真正的DNA剪切活性图像。目前尚不清楚CRISPR-Cas9如何通过HNH和RUVC核酸酶域切割DNA单链的分子机制。因此，获得CRISPR-Cas9的剪切活性结构成为揭示该系统DNA剪切机制的关键。
针对上述研究问题，黄强和卢大儒研究团队早在2014年就考虑使用冷冻电镜。他们首先建立了酿造链球菌Cas9酶 (Spcas9)、SgRNA和DNA的三元复合物，然后通过冷冻电镜单粒三维重构分析复合物的溶液结构，获得5.2埃分辨率的冷冻电镜结构 。
复合结构的原子模型表明，在分析的所有结构中，HNH酶活性中心最接近DNA链的切割位点；分子动力学模拟和点突变试验表明，HNH和RUVC核酸酶活性中心的催化氨基酸可以与DNA解旋单链形成切割反应所需的图像。因此，研究获得的复合结构是CRISPR-Cas9的DNA剪切激活图像，为全面揭示剪切机制提供了关键的活性结构信息，为应用蛋白质工程技术优化系统提供了重要的结构生物化学基础，降低其脱靶效果。目前，在收入结构的指导下，研究团队利用蛋白质设计方法优化CRISPR-Cas9系统，开发低靶效、高编辑效率的新型基因编辑系统。
据报道，怀聪博士生和李干硕士生是论文的并列第一作者，黄强教授和卢大儒教授是并列通讯作者。研究小组利用国家蛋白质科学中心 (上海) 电镜平台采集冷冻电镜图像，主要利用研究小组建立的电镜图像分析和分子建模平台完成三维重构和原子模型建设。相关研究项目得到了国家自然科学基金和其他项目的支持。
