CRISPR–Cas效应子通常依赖RNA向导来识别靶标序列。在Cas12a中，DNA上的原型间隔序列邻近基序与保守的蛋白质残基结合，从而触发靶标结合与核酸酶激活。

2026年5月1日，香港科技大学邢怡铭独立通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“DNA-guided CRISPR–Cas12a effectors for programmable RNA recognition and cleavage”的研究论文。该研究将Cas12a重新编程为一种DNA引导、RNA靶向的效应子。

作者利用原型间隔序列邻近基序依赖性的相互作用，设计了能与Cas12a结合的合成CRISPR DNA，以形成功能性的脱氧核糖核蛋白复合体，同时仅将RNA重新用作可编程的靶标。结构、生物物理及生化分析揭示了这种DNA引导、RNA靶向构型的分子基础，并支持其存在一条与经典RNA引导系统不同的激活通路。DNA引导的Cas12a能够实现直接RNA检测及高效胞内RNA敲低，从而为CRISPR–Cas12a建立了一种模块化激活架构，并拓展了可编程RNA操作的设计空间。

天然CRISPR-Cas适应性免疫系统被广泛描述为依赖RNA引导的分子机制，能够识别并降解入侵的移动遗传元件。在特征明确的第二类系统中，包括II型Cas9和V型Cas12a，短链CRISPR衍生RNA提供靶标识别的序列信息，而Cas蛋白则执行核酸切割功能。功能性引导RNA由一条CRISPR RNA（crRNA）与一条反式激活CRISPR RNA（tracrRNA）通过碱基配对形成，二者共同构成一个能被Cas9识别的结构化RNA支架。相比之下，V型Cas12a仅需单一crRNA，其中经加工的重复序列衍生手柄折叠成一个保守的假结结构，直接与Cas12a蛋白结合。

在这些系统中，引导RNA发挥双重作用：既编码靶标序列信息，又稳定一个具备监视能力的Cas构象。从机制上看，Cas蛋白与其引导RNA组装成无活性的二元复合物，只有在识别外源DNA中的原型间隔区邻近基序（PAM）后，该复合物才被许可进入靶标探查阶段。结构和生化研究已表明，PAM结合先于广泛的引导-靶标配对，并诱导保守的构象重排，从而激活核酸酶功能。这些观察结果表明，PAM识别构成了CRISPR激活过程中的初始检查点，且该过程独立于引导-靶标互补性。旨在拓宽靶向范围的努力，包括PAM工程改造、RNA引导序列重编程以及蛋白质诱变，虽已提升了灵活性，但均隐含地假设RNA引导是Cas活性所必需的生化前提。

图1. DNA引导CRISPR-Cas12a切割ssRNA靶点（摘自Nature Biotechnology ）

大量生化测量表明，Cas-引导RNA二元复合物能与富含PAM的DNA发生非特异性结合，揭示了一种内源性的DNA结合倾向，这一特性常被用来解释脱靶效应。在此，作者探究了是否可逆转这一策略，即将RNA引导的效应器改造为DNA引导的RNA靶向平台。作者设计了一种合成型CRISPR DNA（crDNA），利用PAM依赖性激活来组装功能性脱氧核糖核蛋白（DNP）复合物，并整合了结构、生化及细胞层面的分析，以界定这一替代性激活途径的分子基础。本研究确立了一种此前未被识别的CRISPR激活模式，并拓展了可编程RNA操作的设计空间。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41587-026-03120-5