黃志偉教授課題組在CRISPR-Cas領(lǐng)域取得新成果
近日，生命學(xué)院黃志偉教授課題組通過冷凍電鏡和生化研究手段揭示了III型CRISPR-Cas系統(tǒng)的Csm復(fù)合體的近原子分辨率的結(jié)構(gòu)以及其通過DNA和RNA核酸酶活性分別剪切RNA、DNA底物的分子機(jī)制。研究成果以“通過冷凍電鏡和生化實(shí)驗(yàn)揭示三型CRISPR-Cas系統(tǒng)Csm復(fù)合物的DNase和RNase酶活性偶聯(lián)機(jī)制”（Coupling of ssRNA cleavage with DNase activity in type III-A CRISPR-Csm revealed by cryo-EM and biochemistry）為題，于2月27日發(fā)表在《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志上。
CRISPR/Cas系統(tǒng)是細(xì)菌和古細(xì)菌抵御外源入侵的一種適應(yīng)性免疫機(jī)制。該系統(tǒng)通過剪切噬菌體的DNA或RNA從而防御噬菌體的入侵。III型 CRISPR-Cas系統(tǒng)分為III-A亞型和III-B亞型，III-A亞型稱為Csm效應(yīng)復(fù)合物，III-B亞型稱為Cmr效應(yīng)復(fù)合物，III-A亞型Csm復(fù)合物由5個Cas蛋白（Cas10、Csm2-5）和crRNA組成。為認(rèn)識III-A亞型CRISPR/Cas系統(tǒng)降解單鏈DNA和RNA的分子機(jī)制，課題組解析了嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）III-A亞型 Csm復(fù)合物和Csm復(fù)合物與底物ssRNA的近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，結(jié)合生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法揭示了Csm復(fù)合物剪切DNA和RNA的分子機(jī)制，并提出Csm復(fù)合物的DNase和RNase酶活性偶聯(lián)機(jī)制的模型。該研究發(fā)現(xiàn)底物ssRNA的3’端側(cè)翼序列對激活Csm的DNase和RNase活性非常關(guān)鍵，它和Cas10接觸通過別構(gòu)調(diào)節(jié)從而剪切非特異性的單鏈DNA，當(dāng)ssRNA與Csm復(fù)合物結(jié)合時激活該復(fù)合物剪切ssRNA和單鏈DNA，接著ssRNA被Csm復(fù)合物在遠(yuǎn)離3’端側(cè)翼序列的位置剪切并從復(fù)合物解離，從而使得復(fù)合物降解DNA的活性失活。這種在一定時間窗口期激活DNase的方式，使得細(xì)菌利用該免疫系統(tǒng)可以有效防御噬菌體的入侵，同時也避免長時間激活DNase導(dǎo)致非特異剪切自身DNA。
黃志偉教授和美國斯坦福大學(xué)趙華（Wah Chiu）教授為研究論文的通訊作者，博士研究生郭明慧和斯坦福大學(xué)博士后張開明（Kaiming Zhang）為該論文的并列第一作者。本項(xiàng)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：https://www.nature.com/articles/s41422-019-0151-x
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