上新│Cas12a：CRISPR工具箱中的新星！

2023年11月16日，Vertex Pharmaceuticals和CRISPR Therapeutics共同宣布基因编辑疗法产品CASGEVY™（Exagaglogene autotemcel）获英国药品监管机构MHRA有条件批准上市，用于治疗治疗镰状细胞病（SCD）和输血依赖性β-地中海贫血（TDT），是全球首款获批上市的CRISPR基因编辑药物。

图1. CASGEVY™治疗流程（Source：CRISPR Therapeutics官网）

CASGEVY™疗法是基于CRISPR/Cas9系统的治疗方案，CRISPR/Cas9系统因为其简单性和易于RNA编程的潜力，是所有CRISPR-Cas系统中用于基因工程开发的最佳候选系统。目前基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术已经成功应用于治疗、育种、合成生物学等各个领域。

CRISPR基因编辑技术，除了众所周知的CRISPR/Cas9体系外，CRISPR/Cas12a体系正凭借其独特的优势逐渐崭露头角。与CRISPR/Cas9体系相比，CRISPR/Cas12a体系在核酸酶结构域、向导RNA（gRNA）以及产生的DNA末端类型等方面都有着显著的差异，详见下表：

图2. Cas9系统与Cas12系统对比^[1]

除以上差异外，Cas12a在切割活性方面也与Cas9存在显著区别。Cas9仅具有顺式切割活性，用于DNA双链断裂。而Cas12a不仅具有顺式切割活性，还具备独特的反式切割活性，这使得它在基因编辑领域展现出更为广泛的应用潜力。

图3. Cas12a顺式及反式切割活性^[2]

基于CRISPR/Cas12a广泛的应用场景，翌圣镁孚泰生物ZymeEditor（点击了解更多）酶改造及发酵纯化工艺平台新开发了来源于细菌Agathobacter rectalis的ArCas12a，与其它Cas12a（LbCas12a/AsCas12a）相比，其具有更高的温度适应性（25-55℃），非常适用于基因组编辑及核酸检测等应用场景。

以dsDNA模板为靶标，加入ArCas12a、crRNA（存在与模板DNA序列互补的spacer区）进行体外切割，琼脂糖凝胶电泳检测切割效果。结果显示翌圣的ArCas12a在crRNA的引导下可高效的切割dsDNA（600 bp）产生两段切割产物（200 bp+400 bp）。

图4. ArCas12a顺式切割活性检测 M：Marker；C：模板dsDNA

以dsDNA模板为靶标，加入ArCas12a、crRNA（存在与模板DNA序列互补的spacer区）及单链DNA报告探针（含有荧光报告集团）进行体外切割，当ArCas12a与crRNA及靶标DNA形成复合体后会激活反式切割活性，切割单链DNA报告探针，从而发出荧光。结果显示，翌圣ArCas12a与crRNA及模板DNA形成复合体后具有反式切割活性，可剪切单链DNA。

图5. ArCas12a反式切割活性检测

将底物DNA与10 pmol ArCas12a共同孵育，琼脂糖凝胶电泳检测，结果显示翌圣的ArCas12a无核酸外切酶残留。

图6. ArCas12a核酸外切酶残留检测 C：阴性对照

将底物RNA与5 pmol ArCas12a共同孵育，琼脂糖凝胶电泳检测，结果显示翌圣的ArCas12a无RNase残留。

图7. ArCas12a RNase酶残留检测 C：阴性对照