10月25日，冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院朱亚兰助理教授联合中国农业大学赖锦盛教授团队在《Nature Communications》发表题为“Molecular basis for DNA cleavage by the mini-RNA-guided endonuclease Casδ?1”的研究论文。该研究综合运用生物化学、细胞编辑检测以及冷冻电镜技术，系统揭示了新型CRISPR基因编辑工具Casδ?1识别并切割DNA的分子机制，为开发更加高效、精准且适用广泛的新一代基因编辑工具提供了重要的理论基础和结构依据。

CRISPR-Cas系统是当前生命科学领域最重要的基因编辑工具，在基础研究、疾病治疗和农业育种等领域具有广阔的应用前景。然而，现有CRISPR基因编辑工具在蛋白尺寸、靶点识别范围、编辑效率及递送方式等方面仍然存在一定局限。近些年，科研界一直在寻找体积更小、特异性好、适用范围更广的新型CRISPR系统。

Casδ-1是一种新发现的V型CRISPR家族成员，具有蛋白尺寸较小、单条短crRNA引导以及跨物种适用等特点。此前研究表明，Casδ-1能够特异性识别5’-RYR-3’序列，并在人和植物细胞中实现有效的基因编辑，展现出良好的应用潜力。此外，Casδ-1还保留了古老的RNA引导核酸酶与经典V型CRISPR效应蛋白的部分结构特征，为探索CRISPR-Cas系统的起源与演化提供了重要线索。然而，Casδ-1如何识别向导RNA组装、精准定位靶标DNA并完成双链切割，其背后的核心分子机制尚不清楚，这也制约了该工具的进一步优化和应用。

针对上述问题，研究团队首先通过系统的生物化学与细胞功能实验，深入分析了Casδ-1的核酸识别与切割特征。研究发现，Casδ-1属于金属离子依赖的RNA引导内切酶，除镁、锰离子外，镍离子同样可以支持其双链DNA切割活性；与靶标结合后，它还会激活非特异性的反式切割活性，产生带5’突出末端的交错双链断裂，显示出用于核酸检测等技术开发的潜在价值。

为进一步揭示其工作原理，团队进一步解析了分辨率达3.04 ?的Casδ-1-crRNA-dsDNA三元复合物冷冻电镜结构。在原子水平上揭示了Casδ-1识别向导RNA、感知靶标DNA邻近序列（PAM）以及催化DNA切割的关键分子过程。研究发现，该复合物具备V型效应蛋白典型的双叶架构：识别叶负责向导RNA和靶序列识别，核酸酶叶承担DNA切割催化功能。结构显示，Casδ-1的crRNA重复区为精简的短茎环结构，缺少其他经典Cas12蛋白中保守的假结结构，依靠大量氢键网络实现蛋白与RNA的紧密结合。进一步的定点突变和功能实验验证了这些关键位点在DNA识别和基因编辑过程中的重要作用，为后续有针对性地改造Casδ-1提供了直接依据。

Casδ-1-crRNA-dsDNA复合物结构及其在V型CRISPR-Cas系统演化中的过渡性地位

值得关注的是，研究团队还揭示了Casδ-1能够高效切割DNA双链的结构基础。通过与相关CRISPR效应蛋白的结构对比发现，Casδ-1具有相对开放的RuvC催化口袋，有利于DNA双链的切割；相比之下，与其具有结构相似性的Cas12h催化口袋较为狭窄，主要表现为单链DNA切口酶活性。这一发现从结构层面解释了不同CRISPR效应蛋白具有不同DNA切割能力的分子原因，为理解和调控CRISPR核酸酶的催化特性提供了新的认识。

此外，研究团队通过系统的结构比较与演化分析发现， Casδ-1既保留了祖先核酸酶TnpB及相关早期CRISPR效应蛋白的部分结构特征，又具有经典V型CRISPR系统中负责靶标识别的功能模块。这些发现进一步支持了Casδ-1在V型CRISPR-Cas系统演化过程中具有特殊的过渡性地位，为理解CRISPR基因编辑系统的起源、功能分化及演化规律提供了新的结构证据。

综上，该研究完整阐明了微型CRISPR效应蛋白Casδ-1 RNA引导、DNA识别到核酸切割的完整过程的分子机理，不仅加深了对CRISPR-Cas系统作用机制及演化规律的认识，也为新型基因编辑工具的理性设计提供了重要的结构基础。未来，基于该研究揭示的关键分子机制，有望进一步优化Casδ-1的靶标识别范围、编辑效率和特异性，推动其在精准基因编辑、生物育种及分子诊断等领域的应用。

冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院朱亚兰助理教授、中国农业大学赖锦盛教授、冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院高昂教授为论文通讯作者，冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院博士研究生尹森为第一作者，冠军·体育（CMP Sports）官方网站为该项研究的第一完成单位。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-79084-6

附作者介绍：

通讯作者：朱亚兰，冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院助理教授（特别副研究员），长期从事病原菌与宿主互作及干预研究，以第一作者/通讯作者在Nature、Molecular Cell、Nature Communications等期刊发表多篇论文；作为主要贡献人员授权国家发明专利2项；入选2026年北京市科技新星；主持国家自然科学基金面上项目等国家级和省部级科研项目多项，曾入选博士后创新人才支持计划。

第一作者：尹森，冠军·体育（CMP Sports）官方网站生命学院2020级博士研究生，主要从事细菌防御系统分子机制和相关分子生物学工具开发研究。以第一作者在Nature Communications发表论文一篇，并作为共同作者参与Cell等顶级期刊论文的研究工作。曾获冠军·体育（CMP Sports）官方网站“四好党员”等荣誉称号。