深圳子科生物報道：CRISPR-Cas系統(tǒng)是原核生物中廣泛存在的一種由RNA介導(dǎo)的獲得性免疫系統(tǒng)。其中，III型CRISPR-Cas系統(tǒng)是目前發(fā)現(xiàn)的所有CRISPR-Cas系統(tǒng)中最古老、最復(fù)雜的一類。

III型CRISPR-Cas系統(tǒng)中的A亞型具有一個稱為Csm的效應(yīng)復(fù)合物，它由多個Cas蛋白與crRNA共同組成。不同于其它CRISPR 效應(yīng)復(fù)合物，Csm復(fù)合物不僅能夠切割與crRNA互補的目的RNA，而且目的RNA的結(jié)合可以激活Csm復(fù)合物產(chǎn)生兩種新的酶活性，即轉(zhuǎn)錄過程中的ssDNA的切割以及合成環(huán)狀寡聚腺苷酸（cOA）的活性。cOA作為第二信使可以激活Csm6，非特異性降解RNA。但是，目前III-A型CRISPR-Cas系統(tǒng)的Csm效應(yīng)復(fù)合物組裝方式、識別“自我”與“非我”DNA，以及激活Csm1的DNA酶和腺苷酸環(huán)化酶的活性等分子機理仍不清楚。

來自中科院生物物理研究的研究人員發(fā)表了題為“Structure Studies of the CRISPR-Csm Complex Reveal Mechanism of Co-transcriptional Interference”的文章，解析了不同狀態(tài)的III-A型CRISPR-Cas系統(tǒng)效應(yīng)復(fù)合物Csm的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合體內(nèi)和體外的功能實驗，系統(tǒng)地闡述了III型CRISPR-Cas系統(tǒng)抵御外源核酸的分子機制。

這一研究成果公布在11月29日的Cell雜志上，文章由中國科學(xué)院生物物理所王艷麗研究員和章新政研究員合作完成，王艷麗課題組一直致力于CRISPR-Cas系統(tǒng)抗病毒作用機理的研究，前期研究揭示了重要作的CRISPR-Cas系統(tǒng)作機理(Nature 2014, Cell 2015, Cell Res. 2016, Cell 2017a, Cell 2017b, Mol. Cell 2017);這也是王艷麗組和章新政組長期合作 (Cell Res 2016, Cell 2017b)，取得的另一重大突破。

最新研究報道了嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）III-A型效應(yīng)復(fù)合物Csm的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，以及Csm與不同類型的目的RNA及ATP的七種不同底物結(jié)合狀態(tài)的、近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

研究表明Csm復(fù)合物由Csm1-5五種蛋白亞基和一條crRNA共同組成，并發(fā)現(xiàn)Csm復(fù)合物的組成將隨著crRNA的長度變化而發(fā)生變化，但是5種Csm蛋白的組成一直遵循Csm112n3n+14151的規(guī)律。該研究選取了3’互補以及非互補的目的RNA，發(fā)現(xiàn)目的RNA與crRNA在(-2)-(-5)位是否互補配對是激活Csm1切割ssDNA以及合成cOA的關(guān)鍵因素。

而且，研究發(fā)現(xiàn)3’非互補的目的RNA的結(jié)合導(dǎo)致Csm1局部區(qū)域的構(gòu)象變化，從而通過別構(gòu)效應(yīng)激活Csm1的DNA酶和腺苷酸環(huán)化酶的活性。

這項研究是CRISPR-Cas系統(tǒng)抗病毒機理的又一重大突破，進(jìn)一步闡明多蛋白組成的效應(yīng)復(fù)合物識別和切割外源核酸的分子機制，并為開發(fā)III型CRISPR系統(tǒng)作為應(yīng)用工具打下重要的理論基礎(chǔ)。

原文標(biāo)題：

Structure Studies of the CRISPR-Csm Complex Reveal Mechanism of Co-transcriptional Interference

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31451-X#