近日，我校肖易倍教授團(tuán)隊(duì)與新加坡國(guó)立大學(xué)駱敏教授團(tuán)隊(duì)合作，在一流期刊MOLECULAR CELL發(fā)表題為 “Structural basis for Cas9-directed spacer acquisition in type II-A CRISPR-Cas systems”的研究性論文，并被選為封面論文。我校藥學(xué)院李兆星研究員、博士研究生李鈺濤為論文共同第一作者，藥學(xué)院肖易倍教授、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陸美玲副教授和新加坡國(guó)立大學(xué)駱敏教授為論文共同通訊作者，中國(guó)藥科大學(xué)為論文第一通訊單位。

Cas9核酸酶可在由CRISPR轉(zhuǎn)錄加工來(lái)的guide RNA引導(dǎo)下，特異性識(shí)別并切割互補(bǔ)配對(duì)的靶標(biāo)DNA。該機(jī)制的闡明催生了革命性基因編輯工具CRISPR-Cas9，并獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，是生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域近三十年最大的突破之一。CRISPR-Cas9系統(tǒng)通過(guò)將外源DNA片段整合進(jìn)CRISPR陣列建立可遺傳的“免疫記憶”，是Cas9發(fā)揮免疫功能的前提。這一過(guò)程需要從外源DNA中篩選出PAM序列相鄰的前間隔序列（prespacer），并以正確長(zhǎng)度和方向整合進(jìn)基因組，為后續(xù)精準(zhǔn)識(shí)別提供基礎(chǔ)。Cas9參與了免疫記憶的獲取，但具體機(jī)制尚不清楚，這也是CRISPR-Cas9系統(tǒng)的作用機(jī)制中遺留的最重要科學(xué)問(wèn)題之一。

針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)解析了Cas9、Csn2與Cas1-Cas2組成的四蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)Cas9在適應(yīng)階段發(fā)揮“偵察—篩查”的關(guān)鍵作用。Cas9可沿DNA進(jìn)行PAM掃描并篩選候選片段，而Csn2則通過(guò)捕獲DNA末端并對(duì)DNA長(zhǎng)度進(jìn)行定標(biāo)，使候選片段形成約30 bp的標(biāo)準(zhǔn)前間隔序列。隨后Cas9解離觸發(fā)復(fù)合體結(jié)構(gòu)重排，使Cas1-Cas2整合酶接管并完成DNA整合。該研究揭示了II-A型CRISPR系統(tǒng)中Cas9如何指導(dǎo)Cas1-Cas2整合酶識(shí)別PAM、篩選DNA與前間隔序列整合之間的協(xié)同機(jī)制，極大加深了對(duì)Cas9參與CRISPR免疫記憶形成機(jī)制的理解。

我校陳美容教授，研究生孔健平、武倩倩、黃平平、張煜、吳宛倩、曾婷及本科生劉勇峰、林瀚豐、侯力裘、劉宮羽，新加坡國(guó)立大學(xué)胡純一教授、何雨瞳博士及艾迪貝克公司楊振煌博士等對(duì)本研究亦作出了重要貢獻(xiàn)。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.01.024

期刊封面

II-A型CRISPR-Cas系統(tǒng)間隔序列獲取機(jī)制圖

（供稿單位：藥學(xué)院，撰寫(xiě)人：劉華，審稿人：劉帆）