黄志伟教授课题组在CRISPR-Cas领域取得新成果 2019/03/04 09:05

近日，生命中心黄志伟教授课题组通过冷冻电镜和生化研究手段揭示了III型CRISPR-Cas系统的Csm复合体的近原子分辨率的结构以及其通过DNA和RNA核酸酶活性分别剪切RNA、DNA底物的分子机制。研究成果以“通过冷冻电镜和生化实验揭示三型CRISPR-Cas系统Csm复合物的DNase和RNase酶活性偶联机制”（Coupling of ssRNA cleavage with DNase activity in type III-A CRISPR-Csm revealed by cryo-EM and biochemistry）为题，于2月27日发表在《细胞研究》（Cell Research）杂志上。

CRISPR/Cas系统是细菌和古细菌抵御外源入侵的一种适应性免疫机制。该系统通过剪切噬菌体的DNA或RNA从而防御噬菌体的入侵。III型 CRISPR-Cas系统分为III-A亚型和III-B亚型，III-A亚型称为Csm效应复合物，III-B亚型称为Cmr效应复合物，III-A亚型Csm复合物由5个Cas蛋白（Cas10、Csm2-5）和crRNA组成。为认识III-A亚型CRISPR/Cas系统降解单链DNA和RNA的分子机制，课题组解析了嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）III-A亚型 Csm复合物和Csm复合物与底物ssRNA的近原子分辨率的冷冻电镜结构，结合生物化学实验方法揭示了Csm复合物剪切DNA和RNA的分子机制，并提出Csm复合物的DNase和RNase酶活性偶联机制的模型。该研究发现底物ssRNA的3’端侧翼序列对激活Csm的DNase和RNase活性非常关键，它和Cas10接触通过別构调节从而剪切非特异性的单链DNA，当ssRNA与Csm复合物结合时激活该复合物剪切ssRNA和单链DNA，接着ssRNA被Csm复合物在远离3’端侧翼序列的位置剪切并从复合物解离，从而使得复合物降解DNA的活性失活。这种在一定时间窗口期激活DNase的方式，使得细菌利用该免疫系统可以有效防御噬菌体的入侵，同时也避免长时间激活DNase导致非特异剪切自身DNA。

黄志伟教授和美国斯坦福大学赵华（Wah Chiu）教授为研究论文的通讯作者，博士研究生郭明慧和斯坦福大学博士后张开明（Kaiming Zhang）为该论文的并列第一作者。本项目受到国家自然科学基金委、哈工大青年科学家工作室等基金的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41422-019-0151-x