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Cas9 - 版本历史
2026-04-09T16:21:46Z
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<br />
<div style="margin-bottom: 30px; border-bottom: 1.2px solid #e2e8f0; padding-bottom: 25px;"><br />
<p style="font-size: 1.1em; margin: 10px 0; color: #334155; text-align: justify;"><br />
<strong>Cas9</strong>（CRISPR-associated protein 9）是一种 RNA 导向的 DNA 核酸内切酶，是 II 型 CRISPR 免疫系统中的核心效应蛋白。最经典的 Cas9 来源于<strong>酿脓链球菌</strong>（<i>Streptococcus pyogenes</i>），被称为 <strong>SpCas9</strong>。在 sgRNA 的引导下，Cas9 蛋白能够发生构象变化，像“拉链”一样解开 DNA 双螺旋并精准识别靶序列。Cas9 拥有两个独立的切割结构域——<strong>HNH</strong> 和 <strong>RuvC</strong>，分别切割 DNA 的互补链和非互补链，从而产生平末端（Blunt end）的双链断裂。通过对这两个结构域进行突变，科学家还开发出了丧失切割活性但保留定位功能的 <strong>dCas9</strong>，将其转化为基因调控或表观遗传修饰的通用平台。<br />
</p><br />
</div><br />
<br />
<div class="medical-infobox mw-collapsible mw-collapsed" style="width: 100%; max-width: 320px; margin: 0 auto 35px auto; border: 1.2px solid #bae6fd; border-radius: 12px; background-color: #ffffff; box-shadow: 0 8px 20px rgba(0,0,0,0.05); overflow: hidden;"><br />
<br />
<div style="padding: 15px; color: #1e40af; background: linear-gradient(135deg, #e0f2fe 0%, #bae6fd 100%); text-align: center; cursor: pointer;"><br />
<div style="font-size: 1.2em; font-weight: bold; letter-spacing: 1.2px;">Cas9</div><br />
<div style="font-size: 0.7em; opacity: 0.85; margin-top: 4px; white-space: nowrap;">CRISPR-associated protein 9 (点击展开)</div><br />
</div><br />
<br />
<div class="mw-collapsible-content"><br />
<div style="padding: 25px; text-align: center; background-color: #f8fafc;"><br />
<div style="width: 100px; height: 100px; background-color: #e2e8f0; border-radius: 50%; margin: 0 auto; display: flex; align-items: center; justify-content: center; color: #94a3b8; font-size: 0.8em;"><br />
<br />
</div><br />
<div style="font-size: 0.8em; color: #64748b; margin-top: 12px; font-weight: 600;">结构：多结构域核酸酶</div><br />
</div><br />
<br />
<table style="width: 100%; border-spacing: 0; border-collapse: collapse; font-size: 0.85em;"><br />
<tr><br />
<th colspan="2" style="padding: 8px 12px; background-color: #e0f2fe; color: #1e40af; text-align: left; font-size: 0.9em; border-top: 1px solid #bae6fd;">生化属性</th><br />
</tr><br />
<tr><br />
<th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f8fafc; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; width: 40%;">分子量</th><br />
<td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">~160 kDa (SpCas9, 较大)</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f8fafc; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">酶学分类</th><br />
<td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">RNA 导向的 DNA 内切酶</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f8fafc; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">活性中心</th><br />
<td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #1e40af;"><strong>HNH</strong> & <strong>RuvC</strong></td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f8fafc; color: #475569; border-bottom: 1px solid #e2e8f0;">必需辅因子</th><br />
<td style="padding: 6px 12px; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; color: #0f172a;">Mg<sup>2+</sup> (镁离子)</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<th style="text-align: left; padding: 6px 12px; background-color: #f8fafc; color: #475569;">常用变体</th><br />
<td style="padding: 6px 12px; color: #16a34a;">SaCas9 (小型), dCas9 (死酶)</td><br />
</tr><br />
</table><br />
</div><br />
</div><br />
<br />
<h2 style="background: #f1f5f9; color: #0f172a; padding: 10px 18px; border-radius: 0 6px 6px 0; font-size: 1.25em; margin-top: 40px; border-left: 6px solid #0f172a; font-weight: bold;">结构域功能：精密的分子机器</h2><br />
<br />
<p style="margin: 15px 0; text-align: justify;"><br />
Cas9 蛋白由多个功能明确的结构域组成，它们协同工作完成 DNA 的识别与切割：<br />
<br />
</p><br />
<br />
<ul style="padding-left: 25px; color: #334155;"><br />
<li style="margin-bottom: 12px;"><strong>REC (Recognition) 结构域：</strong> 负责结合 sgRNA，是 Cas9 最大的部分，决定了酶的特异性。</li><br />
<li style="margin-bottom: 12px;"><strong>PI (PAM Interacting) 结构域：</strong> 位于蛋白末端，负责扫描 DNA 上的 PAM 序列（如 NGG），是启动结合的“锚点”。</li><br />
<li style="margin-bottom: 12px;"><strong>HNH 核酸酶结构域：</strong> 结构类似于细菌毒素，负责切割与 sgRNA 互补配对的那条 DNA 链（Target strand）。</li><br />
<li style="margin-bottom: 12px;"><strong>RuvC 核酸酶结构域：</strong> 类似于逆转录病毒整合酶，负责切割非互补链（Non-target strand）。</li><br />
</ul><br />
<br />
<h2 style="background: #f1f5f9; color: #0f172a; padding: 10px 18px; border-radius: 0 6px 6px 0; font-size: 1.25em; margin-top: 40px; border-left: 6px solid #0f172a; font-weight: bold;">家族成员与工程化变体</h2><br />
<br />
<div style="background-color: #fff7ed; border-left: 5px solid #ea580c; padding: 15px 20px; margin: 20px 0; border-radius: 4px;"><br />
<p style="margin: 0; text-align: justify; font-size: 0.95em; color: #334155;"><br />
<strong>AAV 载体的挑战：</strong> 标准的 SpCas9 基因较长（~4.2kb），很难装入临床常用的 AAV 病毒载体（容量限 ~4.7kb）。因此，科学家发现了体型更小的 <strong>SaCas9</strong>。<br />
</p><br />
</div><br />
<br />
<div style="overflow-x: auto; margin: 20px auto;"><br />
<table style="width: 100%; border-collapse: collapse; border: 1.2px solid #cbd5e1; font-size: 0.9em; text-align: left;"><br />
<tr style="background-color: #f1f5f9; border-bottom: 2px solid #0f172a;"><br />
<th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #0f172a; width: 25%;">变体名称</th><br />
<th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #475569; width: 35%;">特点与来源</th><br />
<th style="padding: 12px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #1e40af;">主要应用</th><br />
</tr><br />
<tr><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600;">SpCas9</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1;"><i>S. pyogenes</i> 来源，PAM为 <strong>NGG</strong>。活性最高。</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1;">实验室通用，体外编辑。</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600;">SaCas9</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1;"><i>S. aureus</i> 来源，分子量小 (~124 kDa)，PAM为 <strong>NNGRRT</strong>。</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; color: #16a34a;"><strong>体内基因治疗</strong> (易于 AAV 递送)。</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600;">dCas9 (Dead)</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1;">HNH 和 RuvC 双突变 (D10A, H840A)，<strong>只结合不切割</strong>。</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1;">CRISPRa/i (转录调控), 荧光标记。</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; font-weight: 600; background-color: #eff6ff;">nCas9 (Nickase)</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; background-color: #eff6ff;">单突变，只切断一条链（缺口酶）。</td><br />
<td style="padding: 10px; border: 1px solid #cbd5e1; background-color: #eff6ff;"><strong>碱基编辑</strong> (Base Editing), 先导编辑。</td><br />
</tr><br />
</table><br />
</div><br />
<br />
<h2 style="background: #f1f5f9; color: #0f172a; padding: 10px 18px; border-radius: 0 6px 6px 0; font-size: 1.25em; margin-top: 40px; border-left: 6px solid #0f172a; font-weight: bold;">相关概念：Cas9 vs. Cas12a (Cpf1)</h2><br />
<br />
<div style="background-color: #f0f9ff; border-left: 5px solid #1e40af; padding: 15px 20px; margin: 20px 0; border-radius: 4px;"><br />
<h3 style="margin-top: 0; color: #1e40af; font-size: 1.1em;">另一种剪刀</h3><br />
<p style="margin-bottom: 0; text-align: justify; font-size: 0.95em; color: #334155;"><br />
<strong>Cas12a (Cpf1)</strong> 是另一种常用的核酸酶。与 Cas9 切割出平末端不同，Cas12a 切割后产生 <strong>粘性末端 (Sticky ends)</strong>，且识别富含 T 的 PAM 序列。这使得 Cas12a 在某些需要精准片段插入的场景下优于 Cas9。<br />
</p><br />
</div><br />
<br />
<div style="font-size: 0.92em; line-height: 1.6; color: #1e293b; margin-top: 50px; border-top: 2px solid #0f172a; padding: 15px 25px; background-color: #f8fafc; border-radius: 0 0 10px 10px;"><br />
<span style="color: #0f172a; font-weight: bold; font-size: 1.05em; display: inline-block; margin-bottom: 15px;">学术参考文献 [Academic Review]</span><br />
<br />
<p style="margin: 12px 0; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;"><br />
[1] <strong>Nishimasu H, Ran FA, Hsu PD, et al. (2014).</strong> <em>Crystal structure of Cas9 in complex with guide RNA and target DNA.</em> <strong>[[Cell]]</strong>. <br><br />
<span style="color: #475569;">[点评]：首次解析了 Cas9-sgRNA-DNA 三元复合物的晶体结构，从原子水平揭示了 HNH 和 RuvC 如何执行切割。</span><br />
</p><br />
<br />
<p style="margin: 12px 0; border-bottom: 1px solid #e2e8f0; padding-bottom: 10px;"><br />
[2] <strong>Ran FA, Cong L, Yan WX, et al. (2015).</strong> <em>In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9.</em> <strong>[[Nature]]</strong>. <br><br />
<span style="color: #475569;">[点评]：开发了小分子的 SaCas9，解决了将 CRISPR 系统包装进 AAV 病毒进行体内治疗的尺寸难题。</span><br />
</p><br />
<br />
<p style="margin: 12px 0;"><br />
[3] <strong>Komor AC, Kim YB, Packer MS, et al. (2016).</strong> <em>Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage.</em> <strong>[[Nature]]</strong>. <br><br />
<span style="color: #475569;">[点评]：利用 dCas9/nCas9 融合脱氨酶构建了第一代“碱基编辑器”（Base Editor），实现了不切断 DNA 的单碱基突变。</span><br />
</p><br />
</div><br />
<br />
<div style="margin: 40px 0; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 8px; overflow: hidden; font-family: 'Helvetica Neue', Arial, sans-serif; font-size: 0.9em;"><br />
<div style="background-color: #eff6ff; color: #1e40af; padding: 8px 15px; font-weight: bold; text-align: center; border-bottom: 1px solid #dbeafe;"><br />
Cas 蛋白家族 · 知识图谱<br />
</div><br />
<table style="width: 100%; border-collapse: collapse; background-color: #ffffff;"><br />
<tr style="border-bottom: 1px solid #f1f5f9;"><br />
<td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle;">结构域</td><br />
<td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">[[HNH]] (切靶链) • [[RuvC]] (切非靶链) • [[REC]] (RNA结合)</td><br />
</tr><br />
<tr style="border-bottom: 1px solid #f1f5f9;"><br />
<td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle;">衍生工具</td><br />
<td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">[[Base Editor]] (碱基编辑器) • [[Prime Editor]] (先导编辑) • [[CRISPRa]]</td><br />
</tr><br />
<tr><br />
<td style="width: 85px; background-color: #f8fafc; color: #334155; font-weight: 600; padding: 10px 12px; text-align: right; vertical-align: middle;">天然抑制剂</td><br />
<td style="padding: 10px 15px; color: #334155;">[[Acr]] (抗CRISPR蛋白) • [[Off-switch]] (活性开关)</td><br />
</tr><br />
</table><br />
</div><br />
<br />
</div></div>
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