近日，天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張恒團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所鄧增欽團(tuán)隊(duì)合作在學(xué)術(shù)期刊Nature發(fā)表了題為“Structural basis for the activity of the type VII CRISPR-Cas system”的研究論文。該工作證實(shí)VII型CRISPR-Cas系統(tǒng)能夠特異性識(shí)別細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄本并靶向敲低基因表達(dá)，能夠幫助宿主菌抵抗噬菌體的感染，是具有適應(yīng)性免疫功能的CRISPR系統(tǒng)；進(jìn)一步解析了該系統(tǒng)組裝、識(shí)別和切割底物RNA的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

CRISPR-Cas是廣泛存在于細(xì)菌和古菌中的抵抗病毒入侵的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。目前，對(duì)I-VI型CRISPR-Cas系統(tǒng)的功能和機(jī)制研究比較深入。然而，對(duì)于近期發(fā)現(xiàn)的Ⅶ型CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物學(xué)功能和分子機(jī)理尚不清楚。

為闡明VII型系統(tǒng)切割底物RNA的分子機(jī)制，并進(jìn)一步探究其應(yīng)用于基因編輯的可能性，合作團(tuán)隊(duì)對(duì)VII型系統(tǒng)復(fù)合體進(jìn)行了生化表征及結(jié)構(gòu)解析。該研究有以下主要發(fā)現(xiàn)：1.?VII型系統(tǒng)復(fù)合體由7個(gè)Cas7蛋白、1個(gè)Cas5蛋白、4個(gè)Cas14蛋白以及crRNA和底物RNA構(gòu)成；2.?VII型系統(tǒng)通過(guò)一種獨(dú)特的核酸酶Cas14四聚體特異性切割底物RNA；3.?底物靶序列兩側(cè)的序列 (protospacer flanking sequence ，PFS) 的存在往往限制了CRISPR工具對(duì)靶點(diǎn)的選擇性，VII型系統(tǒng)的3’-PFS對(duì)底物切割無(wú)影響，而5’-PFS則可以通過(guò)增加VII系統(tǒng)復(fù)合體中Cas14的結(jié)合位點(diǎn)影響對(duì)RNA底物的切割。綜上，該研究首次對(duì)VII型CRISPR-Cas系統(tǒng)的功能進(jìn)行了表征，深入闡明了這一系統(tǒng)獨(dú)特的組裝機(jī)制、底物RNA識(shí)別和切割模式，為基于VII型CRISPR-Cas系統(tǒng)的RNA操控工具的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

VII型CRISPR-Cas系統(tǒng)的工作機(jī)理

天津醫(yī)科大學(xué)張恒教授和武漢病毒所鄧增欽研究員為論文共同通訊作者。天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院楊潔博士、研究生李徐梓超、何秋秋、王梟燊、王童謠和武漢病毒所研究生唐晶晶為該論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、天津市科委基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院院級(jí)人才項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07815-0