2016年12月15日，Molecular Cell 杂志在线发表了国家蛋白质科学研究（上海）设施五线六站用户中科院生物物理研究所王艳丽课题组关于CRISPR-Cas系统的最新研究成果，文章标题为“C2c1-sgRNA Complex Structure Reveals RNA-Guided DNA Cleavage Mechanism”。

由成簇且有规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）和它的辅助蛋白（Cas）构成的CRISPR-Cas系统是原核生物对外来入侵者的遗传物质进行识别和攻击的获得性免疫系统。该系统通过间隔区的获取、crRNA的表达和crRNA的干扰发挥功能。如今，CRISPR-Cas系统已被用于基因编辑，其中CRISPR-Cas9的使用范围最广泛。新发现的另一种Cas蛋白C2c1，据报道有着与Cas9类似的功能。那么C2c1是否也可以被开发成新的基因编辑工具呢？王艳丽课题组的这一工作或许可以给这个想法的实现提供一些新的理论基础。

在本研究中，课题组成员利用国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U1线站，收集到了分辨率为3.1Å的衍射数据，解析了结合有sgRNA的C2c1的晶体结构（如图所示）。该结构显示C2c1由两个区域构成，分别是充当识别作用的REC区域和充当酶切作用的NUC区域。sgRNA由负责与目标DNA互补配对的crRNA和负责反式激活crRNA的tracrRNA人工嵌合而成。其中，crRNA结合在C2c1的中心孔道内，tracrRNA则被安置在C2c1外表面的凹槽中。

有趣的是，通过进一步观察，课题组研究人员发现C2c1对应的sgRNA呈现出一种与Cas9对应的sgRNA或最近报道过的Cpf1所对应的crRNA显著不同的结构。受到这个新结构的提示，研究人员一方面分析了另一物种的C2c1所对应的sgRNA结构，并对研究中所用sgRNA的序列做了一些缺失和突变，并进行活性实验。这两方面的结果都初步验证了这种独特结构的真实性和有效性。

此外，课题组还得到另一个十分重要的结果：通过分别单突变靶定序列的每个碱基并进行活性实验，发现C2c1剪切效率显著下降，这个结果提示C2c1对靶定序列有严格依赖性，这在将来用于基因编辑时可以有效减少脱靶。 

王艳丽研究组的刘亮（博士后）和陈鹏（研究生）分别为本文的第一作者和第二作者，该研究得到科技部、国家自然科学基金以及中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助。在此感谢国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U1线站为本研究中C2c1-sgRNA复合物晶体的衍射数据采集提供的重要技术支持。

图注：AacC2c1-sgRNA复合物的整体结构 

(A) AacC2c1蛋白各结构域的分布 

(B 和C) 结合有sgRNA的C2c1晶体结构的正交视图，B图为卡通结构，C图为表面结构 

其中sgRNA的crRNA部分用红色显示，tracrRNA部分用黑色显示。 

（上海蛋白质设施供稿）