近期，中科院生物物理所高璞课题组与美国Sloan研究所Patel课题组合作，揭示了两类新型CRISPR-Cas系统（Type V-A Cpf1及Type V-B C2c1）响应外源DNA的作用机制，相关研究论文分别发表于2016年8月的Cell Research 杂志和2016年12月15号的Cell 杂志。

　　对外源DNA的免疫识别及应答，是细胞感知和抵御病原感染的重要手段。这一免疫应答过程广泛存在于从低等原核生物到高等哺乳动物当中。高等动物的天然免疫系统包含多种DNA模式识别受体，用于对外源侵染DNA的识别。而细菌响应噬菌体或质粒DNA则主要依赖于两套系统：“Restriction-Modification（R-M）系统”及“CRISPR-Cas系统”。高璞研究员以往的研究主要是围绕外源DNA免疫识别这一科学问题，在博士与博士后期间分别参与了细菌R-M系统及哺乳动物胞质DNA响应通路等工作。相关研究已发表多篇研究论文，所申请的两项国际专利已经转让于Aduro和Novartis公司，开发的相关药物正在进行一期临床实验。

　　本文介绍的这两项工作，分别针对近期刚刚鉴定的两个“细菌的适应性免疫系统”：CRISPR-Cpf1系统及CRISPR-C2c1系统，具体如下：

　　1. 对于Cpf1系统，高璞课题组与其合作者解析了Cpf1-crRNA-DNA三元复合物，并详细分析了target DNA结合前后的构象变化，提出了有别于Cas9的DNA识别机制。基于结构的分析，他们推测Cpf1系统相较于Cas9可能具备更低的脱靶效应。此项工作发表于Cell Research，题目为：“Type V CRISPR-Cas Cpf1 endonuclease employs a unique mechanism for crRNA-mediated target DNA recognition”。其中高璞研究员为文章的第一及共通讯作者，生物物理所为第一通讯单位。

　　2. 对于C2c1系统，高璞课题组与其合作者首先解析了C2c1-sgRNA二元复合物及C2c1-sgRNA-DNA多种三元复合物结构。通过结构分析，揭示了C2c1不同于Cas9和Cpf1的独特target DNA识别和切割方式。结合生化实验，首次明确了C2c1对双链DNA的切割会产生7nt的粘性末端。这是目前所有用于基因组编辑的CRISPR-Cas系统所能产生的最长粘性末端，将有希望提高切割后的连接效率。此项工作发表于Cell，题目为：“PAM-Dependent Target DNA Recognition and Cleavage by C2c1 CRISPR-Cas Endonuclease”。高璞研究员为文章的第二作者，生物物理所为第二单位。

　　以上两项工作得到了大分子卓越中心及生物物理所启动经费等支持。

图：C2c1（A）及Cpf1（B）的结构域组成及其与RNA和DNA的复合物结构。