CRISPR-Cas系統(tǒng)蛋白所扮演的關(guān)鍵角色

近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Molecular Cell上的研究報(bào)告中，來(lái)自喬治亞州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過(guò)研究深入闡明了深入闡明了基于RNA的病毒免疫系統(tǒng)—CRISPR-Cas的基本生物學(xué)機(jī)制。CRISPR-Cas是細(xì)菌和古細(xì)菌能用來(lái)抵御病毒和其它外來(lái)“入侵者”的一種防御機(jī)制，當(dāng)細(xì)菌被病毒攻擊時(shí)，其就能將病毒DNA“切碎”并將入侵者的一部分DNA片段插入細(xì)菌自身的基因組，并以這種方式來(lái)記錄病毒的DNA，隨后細(xì)菌就會(huì)利用DNA制造RNAs，并將其同細(xì)菌的蛋白相結(jié)合，殺滅病毒的DNA。

目前CRISPR-Cas系統(tǒng)已經(jīng)被全球研究人員廣泛研究，研究人員希望能利用這種系統(tǒng)來(lái)編輯能使人類患多種疾病的特殊基因，比如糖尿病和癌癥等，然而，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，科學(xué)家們必須深入理解CRISPR-Cas系統(tǒng)的基本生物學(xué)過(guò)程，從而為機(jī)體提供有效抵御入侵病毒的特殊免疫力。

研究者M(jìn)ichael Terns表示，相比研究如何利用CRISPR進(jìn)行治療或醫(yī)學(xué)用途而言，本文研究更多的是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的研究成果，這項(xiàng)研究是適應(yīng)性研究過(guò)程的特殊一步，即識(shí)別出病毒的特殊DNA序列，并將其整合到宿主的基因組中，為后代提供更多的免疫力。此前研究人員并不理解細(xì)胞如何識(shí)別病毒為外來(lái)入侵者，以及哪些細(xì)菌蛋白對(duì)于成功整合和提供免疫力是必不可少的。這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)研究闡明了細(xì)菌的免疫系統(tǒng)如何制造記憶分子來(lái)移除有害的病毒DNA序列，同時(shí)研究人員還揭示了這種特性是如何傳遞給細(xì)菌后代的。

通過(guò)分析相應(yīng)的數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，此前鑒別出的特征不明顯的Cas4蛋白質(zhì)或許與CRISPR-Cas系統(tǒng)中的Cas1和Cas2蛋白存在于一定的關(guān)聯(lián)，在最初的適應(yīng)階段，其中一個(gè)Cas4蛋白能夠識(shí)別序列中的關(guān)鍵“信號(hào)占位符”，而這種序列距離分離的DNA序列較近。當(dāng)Cas1和Cas2、以及其中一個(gè)Cas4存在于細(xì)胞中時(shí)，其就會(huì)扮演基于軍隊(duì)的免疫系統(tǒng)“將軍”的角色，同均一尺寸的切斷DNA序列相互“溝通”，并且決定下一步的方向，給出最終摧毀致命DNA片段的指令。

細(xì)胞為了成功識(shí)別并且去除DNA片段，其就會(huì)將這些DNA片段的信息摻入到自身的基因組中實(shí)現(xiàn)免疫效力，而且Cas4蛋白必須存在于細(xì)胞中并與Cas1和Cas2串聯(lián)起來(lái)。研究者Terns說(shuō)道，Cas4存在于許多CRISPR-Cas系統(tǒng)中，但這些蛋白質(zhì)所扮演的角色研究人員卻并不清楚，在細(xì)菌的免疫系統(tǒng)中，有兩種關(guān)鍵的Cas4蛋白對(duì)于控制上述過(guò)程非常關(guān)鍵，因此細(xì)菌的功能性RNA需要被制造出來(lái)并且被賦予相應(yīng)的免疫力。

如今研究人員能夠利用超級(jí)計(jì)算的方法進(jìn)行生物信息學(xué)的分析以及數(shù)據(jù)的整合分析。后期他們還需要進(jìn)行更為深入的研究來(lái)闡明參與CRISPR-Cas系統(tǒng)的生物學(xué)機(jī)制，同時(shí)本文研究還能幫助科學(xué)家們深入理解這些蛋白質(zhì)如何共同協(xié)作來(lái)保護(hù)細(xì)胞并且賦予細(xì)胞相應(yīng)的免疫特性。