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Cell:中國科學(xué)家揭示CRISPR獲取新間隔序列的分子機制

2015-10-19 來(lái)源:健客網(wǎng)社區  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:細菌和古菌等原核生物不斷地遭受外界病毒的侵染以及水平核酸轉移,成簇的且有規律間隔的短回文重復序列和它的輔助蛋白(Cas)構成了原核生物一個(gè)重要的免疫防御系統——CRISPR/Cas系統。

  10月15日,Cell雜志在線(xiàn)發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所王艷麗研究組關(guān)于CRISPR-Cas系統中外源片段獲取階段的研究進(jìn)展。標題為StructuralandMechanisticBasisofPAM-dependentSpacerAcquisitioninCRISPR-CasSystems。該文揭示了Cas1-Cas2-PAM-DNA復合物等一系列復合物的晶體結構,證明了新間隔區獲取依賴(lài)于PAM的互補序列,并為該過(guò)程的作用機制提供了重要的結構生物學(xué)基礎。

  細菌和古菌等原核生物不斷地遭受外界病毒的侵染以及水平核酸轉移,成簇的且有規律間隔的短回文重復序列和它的輔助蛋白(Cas)構成了原核生物一個(gè)重要的免疫防御系統——CRISPR/Cas系統。該防御過(guò)程主要包括三個(gè)階段:(1)間隔區的獲取,通過(guò)核心蛋白Cas1和Cas2的作用,來(lái)源于外源入侵的核酸片段(即Spacer)被獲取,并插入到CRISPR位點(diǎn)。(2)crRNA表達,該片段被轉錄加工為成熟的crRNA,并與相關(guān)的Cas蛋白形成復合物。(3)crRNA干擾,成熟的crRNA引導RNA-Cas蛋白復合物識別攜帶有與該段序列互補的外源核酸,最終將其降解。crRNA表達和干擾兩個(gè)階段的分子及功能機制已經(jīng)被揭示的非常透徹,而整個(gè)間隔區的獲取過(guò)程卻有待于更進(jìn)一步的研究。

  E.coliCas1-Cas2蛋白與具有雙叉結構的間隔區前體DNA復合物的晶體結構。Cas1-Cas2特異性的識別并結合含有PAM互補序列DNA,進(jìn)而確定間隔區前體的長(cháng)度并將其插入到CRISPR-Cas位點(diǎn)。

  王艷麗研究組通過(guò)深入的研究,解析了Cas1-Cas2與多種類(lèi)型DNA的復合物的晶體結構,證明了被Cas1-Cas2所獲取的外源核酸片段是以雙叉的構象存在的;Cas1-Cas2通過(guò)兩個(gè)酪氨酸固定并且準確量取雙鏈部分,并以序列特異性的方式識別3’單鏈的中PAM的互補序列(5’-CTT-3’),由Cas1發(fā)揮活性作用,分別在兩端的3’overhang切割出5nt的長(cháng)度,產(chǎn)生了一段33nt長(cháng)度的DNA片段;在這個(gè)過(guò)程中,與外源核酸片段的結合,使得Cas1-Cas2經(jīng)歷了類(lèi)似于蝴蝶飛舞時(shí)“翅膀上揚”到“翅膀水平“的構象變化,最終通過(guò)一種類(lèi)似切割-拷貝的方式將獲取的外源核酸片段插入到了自身的CRISPR位點(diǎn)。該研究發(fā)現了Cas1-Cas2識別外源入侵DNA分子機制,揭示了外源核酸片段的長(cháng)度是如何確定的,同時(shí)也解釋了該階段中的核心蛋白Cas1和Cas2各自的功能。因此,該成果為揭示原核生物這一新的抵御病毒及遺傳物質(zhì)的入侵的機制奠定了重要的理論基礎。

  王艷麗研究組的王久宇和李佳智(博士生)為該文的共同第一作者,該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項(B類(lèi))的資助,上海光源為該研究提供了重要的技術(shù)支持。

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