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一種可以切割蛋白質(zhì)的CRISPR-Cas系統(tǒng)

文章來源:健康界發(fā)布日期:2022-11-08瀏覽次數(shù):41

CRISPR-Cas系統(tǒng)是普遍存在于細(xì)菌和古菌中的一類古老的免疫系統(tǒng),用于抵御防御外源遺傳元件(例如噬菌體)入侵。通過對(duì)它們的研究,科學(xué)家們開發(fā)出了CRISPR-Cas9等一系列強(qiáng)大的基因編輯工具。

這些基因編輯工具都是RNA引導(dǎo)的核酸酶,對(duì)DNARNA進(jìn)行切割。此外,還有CRISPR相關(guān)轉(zhuǎn)座酶CAST)系統(tǒng),通過核酸酶失活的CRISPR效應(yīng)子引導(dǎo)Tn7樣移動(dòng)遺傳元件到特定DNA序列,實(shí)現(xiàn)RNA引導(dǎo)的DNA插入。該研究揭示了CRISPR-Cas相關(guān)系統(tǒng)Cas7-11通過gRNA引導(dǎo)靶向激活蛋白酶Csx29,蛋白酶Csx29可對(duì)蛋白底物進(jìn)行切割。Cas7-11Csx29可形成穩(wěn)定的蛋白復(fù)合體,但相關(guān)蛋白酶的底物和功能尚不清楚。 

該研究確定了 Cas7-11 這種III-ECRISPR相關(guān)蛋白酶CASP)的蛋白底物、結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制, 揭示了 CRISPR 系統(tǒng)在核酸酶之外的 新 功能,并開發(fā)了可在體外和人類細(xì)胞中用于檢測(cè)RNARNA傳感。
CRISPR-Cas系統(tǒng)可以分為兩類,一類是由單個(gè)效應(yīng)蛋白行使功能(包括IIVVI型),研究深入、應(yīng)用廣泛的Cas9就屬于II型;一類是由多個(gè)效應(yīng)蛋白組成蛋白復(fù)合物行使功能(包括I、IIIIV型)。 

Cas7-11是一種發(fā)現(xiàn)的III-E亞型CRISPR-Cas相關(guān)系統(tǒng),由4個(gè)Cas71個(gè)Cas11結(jié)構(gòu)域融合形成一個(gè)大的效應(yīng)蛋白,其可能同時(shí)具有核酸酶和蛋白酶活性,這也意味著它可能是原核生物的一種新型防御機(jī)制。 

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)Cas7-11進(jìn)行了深入研究 ,Cas7-11Csx29各自不能切割任何東西,但在靶向RNA存在的情況下,Cas7-11就會(huì)啟動(dòng)并激活Csx29,進(jìn)而切割Csx30Csx30抑制sigma因子(σ),sigma因子是所有RNA聚合酶的輔助因子,而Csx29蛋白酶切割Csx30后,緩解了對(duì)sigma因子的抑制。 該研究揭示了III-ECRISPR相關(guān)蛋白酶CASP)的蛋白底物、結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制,這種CASP系統(tǒng)顯示出了可編程的RNA激活的蛋白酶活性,可以解除Csx30對(duì)sigma因子的抑制,從而 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。 

CRISPR相關(guān)蛋白酶(CASP)系統(tǒng)防御外源遺傳元件的三管齊下的策略 

此外,張鋒團(tuán)隊(duì)還 開發(fā)了 Csx30的熒光標(biāo)記工程變體,并證明了它在體外可以檢測(cè)低至250飛摩爾的RNA,而無需核酸擴(kuò)增,還可以應(yīng)用于活細(xì)胞中的RNA轉(zhuǎn)錄檢測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)還在人類細(xì)胞中證實(shí)了這種CASP系統(tǒng)可以介導(dǎo)人類細(xì)胞中RNA激活的蛋白切割。 張鋒 表示, 這項(xiàng)研究揭示了CRISPR系統(tǒng)在核酸酶活性之外,還能協(xié)調(diào)更廣泛的細(xì)胞反應(yīng),期望對(duì)CRISPR相關(guān)酶的持續(xù)研究將發(fā)現(xiàn)許多有趣的、潛在有用的RNA激活的生物過程。

該研究解析了Cas7-11crRNACsx29復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu),并證明了目標(biāo)RNA結(jié)合誘導(dǎo)Csx29的構(gòu)象變化,設(shè)計(jì)了Cas7-11Csx29Csx30系統(tǒng),用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的可編程RNA傳感。該研究表明,Cas7-11-Csx29效應(yīng)器是一種RNA依賴性核酸酶-蛋白酶系統(tǒng)。 

研究團(tuán)隊(duì)表示,Cas7-11系統(tǒng)明顯要比其他深入研究的CRISPR系統(tǒng)復(fù)雜得多,Cas7-11不僅僅是通過切割入侵噬菌體的遺傳物質(zhì)來發(fā)揮防御作用,而是通過一種更加優(yōu)雅和復(fù)雜的機(jī)制,來真正保護(hù)細(xì)菌免受侵害。這些研究為理解復(fù)雜CRISPR系統(tǒng)打開了新的可能性,為疾病診斷和治療帶來了新的潛在工具,例如基于Cas7-11RNA傳感,可以檢測(cè)病人樣本中的疾病特征,或限制對(duì)特定類型細(xì)胞的治療,使藥物發(fā)揮作用而不產(chǎn)生副作用。