基因编辑-CRISPR/CAS系统最流行的三大系列：9、12a、13a

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CRISPR/Cas系统是一种高效的基因编辑工具，被广泛应用于基因编辑、基因治疗及核酸检测等领域。CRISPR/Cas系统由CRISPR基因座、Cas效应蛋白及向导RNA组成，有着强大的家族体系，成员主要分为两类，

第1类：第I、III、IV型利用多种Cas效应蛋白，
第2类：第II、V、VI型需要单一的Cas效应蛋白。其中颇受关注是第2类中的Cas9（II型）、Cas12a（V型）和Cas13a（VI 型 ），这三种CRISPR/Cas系统之间差异明显，具体如表1。



表1 常用的CRISPR/Cas系统对比

1、系统作用机制之CRISPR/Cas9
CRISPR/Cas9系统是利用sgRNA（由crRNA和tracrRNA 组成）特异性识别靶序列，引导Cas9核酸内切酶对靶序列的PAM上游3 位核苷酸外侧进行切割，造成靶位点DNA双链断裂。其靶基因为dsDNA，切割类型为平末端，大小为1,000-1,600个氨基酸，被广泛用于哺乳动物的基因编辑。



图1 CRISPR/Cas9系统

2、系统作用机制之CRISPR/Cas12a
CRISPR/Cas12a（即Cpf1）系统通过在crRNA的引导下识别含PAM的靶DNA，靶DNA解链后，靶标链与crRNA形成Rloop（RNA-DNA杂合链），释放出Cas12a中RuvC的活性位点；非靶标链被RuvC切割，使靶标DNA解旋，接着靶DNA的靶标链也被RuvC切割；当完成顺式切割后，若有ssDNA进入，都会被RuvC反式切割，其反式切割活性已应用于高灵敏度核酸检测中，对疾病的检测与诊断发挥重要作用[2-3]。与Cas9相比，CRISPR/Cas12a（即Cpf1）系统只需要crRNA引导，体积小，只有1,200-1,300个氨基酸，切割位点远离识别位点，并形成粘性末端，更易递送至细胞内，实现基因组连续多次和更加精准地编辑。



图2 CRISPR/Cas12a系统

3、系统作用机制之CRISPR/Cas13a
首先crRNA识别靶RNA，结合形成双链RNA。导致Cas13a与crRNA的构象变化，使两个HEPN结构域（切割活性区域）逐渐靠近，成功激活Cas13a蛋白的RNA酶切活性，其中Cas13蛋白不仅能切割靶RNA，还能切割游离的任意单链RNA。处于一种酶促“激活”状态，这种特性在限制疾病传染，缩小感染范围有很大潜能[4]。较上述两种系统，CRISPR/Cas13a系统中Cas13a体积最小，约930个氨基酸，更易递送至细胞。



图3 CRISPR/Cas13a系统

综上，三种系统在向导RNA、PAM、目标基因的类型等方面均存在差异（如表1），目前应用相对广泛的是Cas9，而Cas12a和Cas13a由于体积较小，作用目标基因不同等特性，影响力也在逐步提升，加之越来越多的效应蛋白被发掘，CRISPR/Cas系统终将在基因编辑、疾病诊断等领域大放光彩。
随着23年11月16日英国批准全球首款基因编辑疗法产品的上市，将极大地促进CRISPR/Cas体系基于RNP技术的商业化发展以及各类前沿研究的推进。具体查看下面链接
橙工仓LabXAI：全球首款CRISPR/CAS9基因编辑疗法获批上市，RNP技术体系基因编辑药物的里程碑

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