我校科研團(tuán)隊CRISPR-Cas系統(tǒng)研究再傳捷報
2017年9月5日，《Nucleic Acids Research》在線發(fā)表了我校發(fā)酵工程與古菌分子生物學(xué)研究團(tuán)隊的最新研究論文，題為“Cmr1 enables efficient RNA and DNA interference of a III-B CRISPR-Cas system by binding to target RNA and crRNA”。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院師資博士后李英俊博士和博士研究生張琰為論文共同第一作者，佘群新教授為論文通訊作者。
CRISPR-Cas編碼一種原核生物所特有的獲得性免疫系統(tǒng)，用于抵御病毒、質(zhì)粒等外源遺傳物質(zhì)的入侵。CRISPR-Cas系統(tǒng)所介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫過程可以分為三個階段：間隔序列spacer的獲?。?/span>adaptation），crRNA的加工（crRNA processing）和靶核酸的干涉（target nucleic acid interference）。CRISPR-Cas系統(tǒng)已被分為六個亞型，其中?I型、II型和III型發(fā)現(xiàn)得最早，并得到了廣泛的研究。目前，基于II型CRISPR-Cas系統(tǒng)的基因組編輯工具廣泛地應(yīng)用于生命科學(xué)研究中，對動植物基因編輯、人類遺傳疾病的基因治療，展示出了巨大的潛力。這也使得不同類型CRISPR-Cas系統(tǒng)的核酸干涉機(jī)制成為研究前沿和熱點。
佘群新教授團(tuán)隊近年來在極端嗜熱古菌CRISPR-Cas系統(tǒng)機(jī)制研究和應(yīng)用上取得了一序列重要成果。在國際上率先發(fā)現(xiàn)III型CRISPR系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)錄依賴的DNA干涉活性，報道了冰島硫化葉菌Cmr-α系統(tǒng)具有DNA和RNA雙重干涉活性（Deng et al., 2013, Mol Microbiol）；并進(jìn)一步在體內(nèi)揭示了冰島硫化葉菌CRISPR Type III系統(tǒng)的RNA targeting 機(jī)制（Peng et al., 2015, Nucleic Acids Res）；結(jié)合硫化葉菌超表達(dá)系統(tǒng)和內(nèi)源性CRISPR-Cas系統(tǒng)，開發(fā)了基于內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)的基因組編輯法，發(fā)現(xiàn)I型和III型系統(tǒng)能高效的實現(xiàn)多種編輯方式：缺失，插入和點突變（Li et al., 2016, Nucleic Acids Res）。2016年12月16日，《Nucleic Acids Research》在線發(fā)表了該團(tuán)隊題為“A type III-B CRISPR-Cas effector complex mediating massive target DNA destruction”的文章，該研究報道了III-B型CRISPR-Cas系統(tǒng)具有高效的RNA激活的非特異性ssDNA切割活性（Han#, Li# et al., Nucleic Acids Res）。2017年8月16日，佘群新教授團(tuán)隊又首次報道了poly（A）RNA 作為重要信號分子激活III-B型CRISPR-Cas系統(tǒng)輔助蛋白Csx1的核酸酶活性（Han et al., Nucleic Acids Res）。
迄今的研究指明，CRISPR-Cas系統(tǒng)在間隔序列的獲取機(jī)理上有較高的統(tǒng)一性，而其crRNA加工成熟和靶標(biāo)干涉過程則展現(xiàn)出了不同的機(jī)制。以干涉活性為例，I型和II型CRISPR-Cas系統(tǒng)的DNA干涉活性是通過protospacer的5’端側(cè)翼序列PAM（protospacer adjacent motifs）來識別靶標(biāo)DNA，而III型CRISPR系統(tǒng)的靶標(biāo)識別機(jī)制至今還不清楚。本研究首先通過對冰島硫化葉菌III-B型CRISPR-Cas復(fù)合物（Cmr-α）3’尾部亞基Cmr1進(jìn)行缺失和保守氨基酸突變，測定這些突變株的體內(nèi)RNA和DNA干涉活性，然后純化相應(yīng)CRISPR效應(yīng)復(fù)合物，抽提RNP復(fù)合物中的crRNA并通過體外生化實驗分析其RNA和ssDNA切割活性，同時結(jié)合SisCmr1α的結(jié)構(gòu)分析，提出Cmr1通過與crRNA和靶標(biāo)RNA結(jié)合來促進(jìn)RNP復(fù)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系統(tǒng)靶標(biāo)識別中的作用模式，為III型CRISPR系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。
文章鏈接：
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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