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我校科研团队揭示III型CRISPR系统靶标识别机制
发布时间:2017年09月14日

     核心提示: 近日,我校科研团队成功解析了Cmr1在III-B型CRISPR-Cas系统靶标识别中的作用模式,为III型CRISPR系统的应用开发奠定了重要基础。

     2017年9月5日,《Nucleic Acids Research》在线发表了我校发酵工程与古菌分子生物学研究团队的最新研究论文,题为“Cmr1 enablesefficient RNA and DNA interference of a III-B CRISPR-Cas system by binding totarget RNA and crRNA”。生命科学技术学院师资博士后李英俊博士和博士研究生张琰为论文共同第一作者,佘群新教授为论文通讯作者。

     CRISPR-Cas编码一种原核生物所特有的获得性免疫系统,用于抵御病毒、质粒等外源遗传物质的入侵。CRISPR-Cas系统所介导的适应性免疫过程可以分为三个阶段:间隔序列spacer的获取(adaptation),crRNA的加工(crRNA processing)和靶核酸的干涉(target nucleic acidinterference)。CRISPR-Cas系统已被分为六个亚型,其中 I型、II型和III型发现得最早,并得到了广泛的研究。目前,基于II型CRISPR-Cas系统的基因组编辑工具广泛地应用于生命科学研究中,对动植物基因编辑、人类遗传疾病的基因治疗,展示出了巨大的潜力。这也使得不同类型CRISPR-Cas系统的核酸干涉机制成为研究前沿和热点。

     佘群新教授团队近年来在极端嗜热古菌CRISPR-Cas系统机制研究和应用上取得了一序列重要成果。在国际上率先发现III型CRISPR系统具有转录依赖的DNA干涉活性,报道了冰岛硫化叶菌Cmr-α系统具有DNA和RNA双重干涉活性(Deng et al., 2013, MolMicrobiol);并进一步在体内揭示了冰岛硫化叶菌CRISPR Type III系统的RNA targeting 机制(Peng et al., 2015,Nucleic Acids Res);结合硫化叶菌超表达系统和内源性CRISPR-Cas系统,开发了基于内源CRISPR-Cas系统的基因组编辑法,发现I型和III型系统能高效的实现多种编辑方式:缺失,插入和点突变(Li et al., 2016,Nucleic Acids Res)。2016年12月16日,《Nucleic Acids Research》在线发表了该团队题为“A type III-B CRISPR-Caseffector complex mediating massive target DNA destruction”的文章,该研究报道了III-B型CRISPR-Cas系统具有高效的RNA激活的非特异性ssDNA切割活性(Han#, Li# et al.,Nucleic Acids Res)。2017年8月16日,佘群新教授团队又首次报道了poly(A)RNA 作为重要信号分子激活III-B型CRISPR-Cas系统辅助蛋白Csx1的核酸酶活性(Han et al., NucleicAcids Res)。

     迄今的研究指明,CRISPR-Cas系统在间隔序列的获取机理上有较高的统一性,而其crRNA加工成熟和靶标干涉过程则展现出了不同的机制。以干涉活性为例,I型和II型CRISPR-Cas系统的DNA干涉活性是通过protospacer的5’端侧翼序列PAM(protospacer adjacent motifs)来识别靶标DNA, 而III型CRISPR系统的靶标识别机制至今还不清楚。本研究首先通过对冰岛硫化叶菌III-B型CRISPR-Cas复合物(Cmr-α)3’尾部亚基Cmr1进行缺失和保守氨基酸突变,测定这些突变株的体内RNA和DNA干涉活性,然后纯化相应CRISPR效应复合物,抽提RNP复合物中的crRNA并通过体外生化实验分析其RNA和ssDNA切割活性,同时结合SisCmr1α的结构分析,提出Cmr1通过与crRNA和靶标RNA结合来促进RNP复合物高效的RNA和DNA干涉活性的模型。

    本研究成果解析了Cmr1在III-B型CRISPR-Cas系统靶标识别中的作用模式,为III型CRISPR系统的应用开发奠定了重要基础。

     文章链接:

https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkx791

https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkw1274

https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkx726

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