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Cell子刊详解CRISPR的作用机制
【字体: 大 中 小 】 时间:2015年04月27日 来源:生物通
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日本产业技术综合研究所AIST的研究团队日前解析了Cmr复合体与底物结合时的高分辨率晶体结构,并由此揭示了该复合体的识别和剪切机制。这项研究于四月二十三日发表在Cell旗下的Molecular Cell杂志上。
生物通报道:细菌在与入侵者的漫长斗争中演化出了多种防御机制,比如成簇的规律间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas组成的适应性免疫系统。这个监控体系是原核生物抵御入侵者的重要武器,能在CRISPR RNA(crRNA)的引导下,靶标并降解入侵者的遗传物质。
就在几年前,人们还只知道CRISPR在细菌和古生菌的免疫中起作用。现在,它已经成为了炙手可热的基因组编辑工具,帮助世界各地的研究者们解决实际问题。近年来,CRISPR已经在多个领域中展现了自己强大的特异性基因编辑能力,催生了大量的重要成果。
根据功能元件的不同,CRISPR/Cas系统可以分为I类系统、II类系统和III类系统。这三类系统又可以根据Cas蛋白编码基因的不同分成更多的亚类。在III-B型CRISPR-Cas系统中,六个Cas蛋白(Cmr1–Cmr6)和一个crRNA形成了RNA沉默复合体Cmr。
日本产业技术综合研究所AIST的研究团队日前解析了Cmr复合体与底物结合时的高分辨率晶体结构,并由此揭示了该复合体的识别和剪切机制。这项研究于四月二十三日发表在Cell旗下的Molecular Cell杂志上,文章的通讯作者是Tomoyuki Numata。
研究人员用一条与crRNA互补的单链DNA模拟Cmr复合体的底物,然后获得了功能性Cmr复合体与单链DNA结合时的晶体结构,分辨率达到2.1 Å。在复合体中,Cmr3用自己特殊的环识别crRNA 5’ 标签,决定crRNA与目标形成双链的起始位点。复合体的三个Cmr4亚基将β发夹插入双链,每隔6nt使双链变形(核苷酸替代)并剪切目标。
这项研究在原子水平上揭示了CRISPR系统的特异性识别和剪切机制,有助于人们进一步理解Cmr复合体的组装和演化。
近期CRISPR研究领域可谓精彩纷呈: CRISPR先驱张锋(Feng Zhang)对这一体系进行了重要改良,使其可以在活细胞中有效启动任何基因。著名遗传学家George Church将CRISPR打造成了更厉害的工具,用来揭示一连串基因回路对生物过程的影响,以便精确引导干细胞分化并生成器官。最引人注目的是,中山大学研究人员黄军就(Junjiu Huang)首次用CRISPR技术编辑了人类胚胎。(延伸阅读:Nature:中国科学家用CRISPR/Cas9改造人类胚胎)
生物通编辑:叶予
生物通推荐原文:Crystal Structure of the CRISPR-Cas RNA Silencing Cmr Complex Bound to a Target Analog