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　　2013年，张锋等科学家首次将CRISPR-Cas9技术应用于哺乳动物细胞，是基因编辑领域中里程碑式的进展。时隔十年，2023年6月28日，美国Broad研究所/麻省理工学院张锋团队（Makoto Saito和徐沛雨为论文共同第一作者）在Nature杂志发表研究论文，在真核生物中发现了第一个RNA引导的DNA切割酶-Fanzor，与CRISPR-Cas系统相比，其广泛存在于真核生物中，没有旁系切割活性，不仅更容易递送到细胞和组织中，而且能够实现更精准的基因编辑，一定程度上弥补了CRISPR-Cas的不足之处。

　　2024年，张锋院士团队在基因编辑领域的重磅研究令人瞩目。5月29日，张锋院士团队与其合作者在Nature杂志发表研究论文Structural basis for pegRNA-guided reverse transcription by a prime editor，展示了SpCas9-M-MLV RTΔRNaseH-pegRNA-target DNA复合物在不同构象状态下的冷冻电镜结构。

　　8月6日，张锋团队在Molecular Cell发表研究论文Structural determinants of DNA cleavage by a CRISPR HNH-Cascade system，描述了Selenomonas sp. HNH-Cascade (SsCascade)与靶DNA复合物的冷冻电镜结构，表征了其作用机制。

　　2024年8月28日，张锋团队（徐沛雨和Makoto Saito为论文共同第一作者）再接再厉，在Cell杂志发表研究论文Structural Insights into the persity and DNA Cleavage Mechanism of Fanzor，该研究首次展示了Fanzor(Fz)蛋白在不同生物中所表现出的分子多样性，深入解析了其通过RNA引导的DNA切割机制。且首次揭示了Fz1蛋白的激活和裂解机制，阐明了促进其作为RNA引导的内切酶功能的结构转变，为基因工程改造和开发奠定了技术基础。

　　1. 三种物种中不同构象状态下的Fanzor冷冻电镜结构

　　Fanzor蛋白主要存在于原口菌、藻类、真菌和单细胞真核生物中，由Fz1和Fz2两个蛋白家族组成。那么在不同物种中，Fz1蛋白会有什么特点呢？研究团队克服巨大的技术障碍，首先通过冷冻电镜解析了来自不同物种的Fz1蛋白以及不同构象下的13个结构，包括来自藻类Guillardia theta的GtFz1、真菌Spizellomyces punctatus的SpuFz1和寄生真菌Parasitella parasitica的PpFz1。

　　例如，研究团队获得了6个不同DNA结合状态下的SpuFz1复杂结构，分辨率从2.9Å到3.4Å不等。以4种不同构象下的PpFz1-uRNA-DNA复合物结构为例，其分辨率从3.2Å到 3.5 Å不等。从结构细节可以发现，在三个物种的所有Fz1s结构中，蛋白质与RNA相互作用的界面是相似的，这表明在不同的Fz1s之间存在一种保守的RNA引导的DNA靶向机制。

　　2.Fanzor的共同特征和结构多样性

　　Fz1蛋白的共同特征和结构多样性是什么呢，其保守的DNA靶向机制具体是什么？研究团队发现Fz1主体蛋白大多由600-700个氨基酸组成，具有相对保守的结构域。这三种Fz1蛋白的整体结构显示出显著的相似性，它们都具有双叶结构特征，并以类似的方式容纳wRNA和目标DNA，与TnpB结构一致。

　　在支架区域里，GtFz1 wRNA结构包含三个茎环，SL2的远端和环区域与SL4形成广泛的相互作用，折叠在一起，发现保守的氨基酸R85对DNA结合至关重要。此外，GtFz1中的氨基酸F392、SpuFz1中的氨基酸Y345以及PpFz1中的氨基酸R448与DNA靶向临近基序（Target-adjacent Motif, TAM）中TS的最后一个碱基形成堆叠的相互作用。

　　3. 局部构象变化调控Fanzor对目标DNA的操作

　　那么，GtFz1、SpuFz1和PpFz1三个蛋白对于目标DNA的操作有什么区别吗？研究团队发现GtFz1的催化三联体中出现了非典型的N残基，能够增强了其体DNA切割活性。PpFz1 中的一个独特结构域能够与一种被称为亲环蛋白（Cyclophilin）的蛋白质结合，提示其可能在寄主生物的生理功能中具有重要的作用。

　　值得一提的是，在GtFz1中，未结合DNA的状态以及两个结合了不同形式DNA的结构展示了REC结构域在R-loop形成和稳定中的关键构象变化。在SpuFz1和PpFz1中，研究解析了具有不同数量Guide/DNA碱基配对的结构，揭示了RuvC结构域中的一个环状结构。三种结构细节上的区别揭示了Fanzor如何调控自身以激活DNA切割活性。

　　研究总结与展望

　　总之，本研究再次加深了对基因编辑系统的探索，张锋院士团队通过来自不同物种以及不同DNA结合构象的Fanzor蛋白结构分析，揭示了该家族蛋白的分子多样性，并揭示了Fanzor蛋白的激活机制，为未来基因编辑工具的设计增添了浓墨重彩的一笔！

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