Nature背靠背 | Sternberg团队与畅磊福团队合作揭示RNA引导转录调控新范式

CRISPR 系统最为人熟知的功能是“RNA 引导的 DNA 切割”。但在自然界中，也存在一类失去切割活性（nuclease-dead）的 Cas12f（dCas12f）。它不再充当“分子剪刀”，而是被进化改造为一种可编程的转录激活模块。

2026年3月4日，哥伦比亚大学Samuel Sternberg团队与普渡大学畅磊福团队在Nature发表两篇背靠背研究Structural basis of RNA-guided transcription by a dCas12f–σE–RNAP complex和Exapted CRISPR–Cas12f homologues drive RNA-guided transcription。两项工作分别从功能发现与结构机制两个层面，系统揭示了dCas12f与外膜相关的ECF σ因子（σE）如何协同工作，在无需经典启动子元件的情况下招募RNA聚合酶（RNAP），建立了一种全新的RNA-guided transcription调控逻辑。

功能篇：天然“CRISPRa”的发现

在功能研究中，作者在E. coli 体系中筛选了多种在细菌中呈遗传连锁的 dCas12f-σE 系统，并结合 RIP-seq / ChIP-seq 等实验建立了关键结论：

• 最小TAM识别：这些系统可识别非常简化的 5′-G target-adjacent motif（TAM），并在gRNA引导下实现稳定的DNA靶向结合。

• σE 招募依赖 dCas12f 与 gRNA：σE 的结合依赖 dCas12f 与gRNA，提示二者间存在直接或紧密的蛋白互作耦联。

• 可编程招募 RNAP：共表达实验表明 dCas12f-gRNA-σE 三元复合物能够进一步招募 RNAP ，从而驱动转录。

• 转录起始位点（TSS）：最引人注目的是，该系统可在缺乏任何必需启动子motif的条件下实现强效表达；新产生的TSS并非由经典启动子序列决定，而是由 dCas12f 形成的 R-loop 与其相对距离“几何定义”。

这是一种自然界出现的、带有明显“CRISPRa特征”的 RNA 引导转录激活模式，但其规则更“几何化”、更“结构耦联”。

结构篇：dCas12f-σE-RNAP复合物如何装配并启动转录？

结构研究以Flagellimonas taeanensis 的 dCas12f-σE 系统为模型，解析了多种构象/组分状态的冷冻电镜结构，包括：dCas12f-gRNA，DNA结合态 dCas12f-gRNA，以及DNA结合态 dCas12f- σE-RNAP holoenzyme 复合物。这些结构把功能篇提出的关键现象连接成一个可解释的分子机制链条：

• 结构显示，识别简单 5′-G TAM 后，dCas12f 形成稳定 R-loop，为后续的σE-RNAP 招募提供空间锚点。

• σE-RNAP被“定点”招募。在DNA靶向状态下，dCas12f 与 σE、RNAP 形成稳定装配，使 RNA 引导的定位信息被直接“传递”给转录机器。

• TSS 的“距离标尺”：结构与功能结果共同指出：转录起始位点在 R-loop 下游固定距离处发生；在该体系中，TSS 约位于TAM下游 ~46 bp的位置

• 颠覆经典σ因子起始范式：在该体系中，−35 元件识别在很大程度上被 CRISPR 靶向所“取代”；对 −10 元件的稳定也不再走经典“插入口袋识别”的路线，而是通过碱基堆叠（stacking）相互作用来稳定开链状态。

由此呈现出一个清晰的分子图景：RNA引导靶向承担了“定位/起始框架”的主要职责，σE–RNAP则在被重新定义的几何与构象约束下完成转录起始。天然RNA-guided transcription机制与人类开发的CRISPRa理念相呼应，但其“距离标尺+结构耦联”的特征，可能为未来设计更可控、低损伤的基因激活工具提供新策略。

两篇论文由哥伦比亚大学 Samuel Sternberg 团队与普渡大学畅磊福团队合作完成。功能篇的通讯作者为 Samuel Sternberg，第一作者为 Florian Hoffmann；结构篇的通讯作者为畅磊福与 Samuel Sternberg，第一作者为肖任坚和 Florian Hoffmann，博士生谢丹参与了结构研究相关工作。两项研究亦得到了双方团队多位成员的共同参与与贡献。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10178-3；

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10166-7

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