黃志偉教授團(tuán)隊發(fā)文揭示C2c1-sgRNA復(fù)合物嚴(yán)謹(jǐn)型識別PAM-DNA底物的分子機制
4月4日，我院黃志偉教授團(tuán)隊在《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志在線發(fā)表題目為《C2c1-sgRNA復(fù)合物嚴(yán)謹(jǐn)型識別PAM序列的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》（《Structural basis of stringent PAM recognition by CRISPR-C2c1 in complex with sgRNA》）的研究論文。
CRISPR-C2c1是一類V-B亞型的CRISPR系統(tǒng)，研究顯示該系統(tǒng)能夠在crRNA:tracrRNA的引導(dǎo)下剪切底物DNA，C2c1需要tracrRNA的引導(dǎo)才具備活性，這是與V-A型Cpf1系統(tǒng)只需要crRNA的引導(dǎo)完全不一樣的；此外，C2c1和Cpf1識別的PAM序列也不一樣。然而與Cpf1一樣的是，C2c1也僅含有一個保守的RuvC核酸內(nèi)切酶結(jié)構(gòu)域。目前C2c1已經(jīng)被證明能夠在人類細(xì)胞裂解液中有剪切目的DNA的活性，但這背后的分子機制并不清楚。
為了揭示C2c1識別crRNA和結(jié)合PAM的分子機制，該團(tuán)隊解析了Bacillus thermoamylovorans C2c1 (BthC2c1)和123-nt的crRNA（包含有幾乎全長的crRNA以及tracrRNA），28-nt的target DNA，以及12-nt的non-target DNA的三元復(fù)合物的2.6 Å晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，與Cas9和Cpf1寬松型識別PAM序列不一樣的是，BthC2c1通過一種嚴(yán)謹(jǐn)型方式識別PAM序列。而且通過分析結(jié)構(gòu)，推測刪除位于BthC2c1表面的sgRNA的Loop 1（38-nt）并不會影響B(tài)thC2c1引導(dǎo)剪切的活性，事實上，功能試驗也證實上述推測。有趣的是，測序發(fā)現(xiàn)BthC2c1在target DNA上的剪切位點并不位于guide RNA:target DNA異源二聚體內(nèi)，反映出和Cas9以及Cpf1不一樣的剪切機制。因此，該復(fù)合物結(jié)構(gòu)不僅揭示了C2c1結(jié)合sgRNA和識別PAM的分子機制，而且為改造C2c1以及其他Cas核酸內(nèi)切酶，使之成為更高效、更特異的基因編輯工具提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，具有指導(dǎo)改造新型基因編輯系統(tǒng)的應(yīng)用價值。這是該課題組在病原與宿主相互作用系統(tǒng)以及基因編輯系統(tǒng)領(lǐng)域取得的又一研究成果。
黃志偉教授為本研究論文的通訊作者，該團(tuán)隊的博士研究生吳丹、關(guān)曉宇和師資博士后朱玉威為該論文的并列第一作者。上海同步輻射中心為晶體數(shù)據(jù)收集提供了及時有效的支持。本項目受到國家自然科學(xué)基金委、哈工大青年科學(xué)家工作室等基金的資助。
文章鏈接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201746a.html
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