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CRISPR先驅發表研究新成果

日期:2016-05-24 09:44:56

 細菌和古生菌一直在與入侵者做斗爭,為此它們演化出了多種防御機制,CRISPR-Cas適應性免疫系統就是其中之一。Cas1-Cas2蛋白復合體會捕獲3040bp的外源DNA,將它們整合到CRISPR的間隔區,形成自己的免疫記憶。如果這種外源DNA再次入侵,細菌就能夠及時將其剪切,從而保護自身安全。

 

加州大學伯克利分校的研究團隊前不久在Molecular Cell雜志上發表文章,揭示了CRISPR介導免疫記憶的一個重要機制。這篇文章的通訊作者是著名CRISPR先驅Jennifer A. DoudnaDoudna教授是CRISPR技術的共同開發者,曾因這一技術獲得了“生命科學突破獎”(Breakthrough Prize),是CRISPR專利的有力競爭者。

 

規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合,可以在引導RNA的指引下,靶標并切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點,將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。該系統使用簡單而且擴展性強,很快便成為了生物學領域的香餑餑。

 

已知CRISPR-Cas的外源序列插入受到嚴格調控,整合在CRISPR前導序列(富含AT)的末尾。Doudna及其同事發現,大腸桿菌E. coli獲取外源序列需要蛋白IHFintegration host factor)。IHF結合前導序列并且誘導DNA彎曲,允許Cas1-Cas2整合酶催化外源序列插入。這項研究表明,CRISPR前導序列在外源序列捕獲中起到了重要的作用。

 

加州大學伯克利分校以Jennifer A Doudna為首的研究團隊取得了諸多令人側目的CRISPR研究成果。去年十月,Doudna及其同事在Nature雜志上發表文章指出,Cas9 HNH核酸酶結構域構象狀態直接控制了DNA切割活性。他們通過分子內熒光共振能量轉移(FRET)實驗,鑒定了HNH核酸酶結構域的一種激活構象。研究還證實,一個α-螺旋將HNH的構象改變傳達給RuvC結構域,激活它實現DNA切割。

 

今年年初,Doudna團隊揭示了CRISPR-Cas9準備剪切DNA時的關鍵分子結構。在CRISPR-Cas系統中,Cas蛋白與小CRISPR RNAcrRNA)形成復合體,切割與RNA互補的外源DNAR-loopI型和 IICRISPR-Cas的一個典型特征,基因組編輯常用的sgRNA就會和Cas9形成R-loop。為了闡明R-loop的作用,研究人員通過冷凍電鏡獲得了釀膿鏈球菌Cas9 R-loop的高分辨率結構。

 

四月份,Doudna團隊在細菌中發現了一種CRISPR相關的非經典ArgonauteArgonaute蛋白是真核生物RNAi的關鍵效應子,它也參與了原核生物的基因組防御。Doudna及其同事證實,CRISPR相關Argonaute具有與眾不同的特異性。

 


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