一種全新的CRISPR功能類型

長(zhǎng)期以來，CRISPR-Cas9一直被比作一種基因剪刀，因?yàn)樗軌蚓_地剪掉任何想要的DNA片段。

但事實(shí)證明，CRISPR系統(tǒng)的工具箱中有不止一種策略。CRISPR最初是在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的一種機(jī)制，它作為一種適應(yīng)性免疫系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)作了億萬年，某些單細(xì)胞生物自然地利用它來保護(hù)自己免受病毒（稱為噬菌體）和其他外來基因片段的侵害。

現(xiàn)在，由Luciano Marraffini領(lǐng)導(dǎo)的洛克菲勒細(xì)菌學(xué)實(shí)驗(yàn)室和由Dinshaw Patel領(lǐng)導(dǎo)的MSKCC結(jié)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，CRISPR系統(tǒng)不僅可以用基因剪刀來對(duì)抗入侵者，還可以作為一種molecular fumigator（分子熏制器）。在最近發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一篇文章中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種被稱為CRISPR-Cas10的系統(tǒng)可以向病毒感染的細(xì)菌注入有毒分子，從而阻止病毒在其他細(xì)菌群體中傳播。

“這是一種全新類型的CRISPR化學(xué)，”Marraffini實(shí)驗(yàn)室的TPCB研究生，共同**作者Christian Baca說。“更多的證據(jù)表明，CRISPR系統(tǒng)擁有一系列可供使用的免疫策略。”

細(xì)胞關(guān)閉

有六種類型的CRISPR（“聚集規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列”）系統(tǒng)；例如，CRISPR-Cas9是II型，Cas9酶起著DNA剪刀的作用。在目前的研究中，研究人員研究了一種名為CRISPR-Cas10的III型系統(tǒng)。

在這兩種系統(tǒng)中，引導(dǎo)RNA識(shí)別出有問題的遺傳物質(zhì)，然后酶開始剪切。然而，CRISPR-Cas10復(fù)合體也會(huì)產(chǎn)生一種叫做環(huán)低聚腺苷酸（cOAs）的小的第二信使分子，它有助于關(guān)閉細(xì)胞活性，從而阻止病毒傳播。第二種方法類似于對(duì)一間害蟲肆虐的房間進(jìn)行熏蒸，然后迅速關(guān)上門，以控制蟲害，使其不會(huì)蔓延到房子的其他地方。

Baca說，這種分兩部分的反應(yīng)主要是時(shí)間問題。“Cas10可以單獨(dú)清除細(xì)胞中的噬菌體或質(zhì)粒，只要被引導(dǎo)RNA識(shí)別的目標(biāo)轉(zhuǎn)錄物是在病毒感染的早期制造的。但如果有問題的片段只在感染的后期產(chǎn)生，這些輔酶a分子對(duì)防御是必不可少的”。

Marraffini補(bǔ)充說：“通過這種方式，III型CRISPR系統(tǒng)的工作原理類似于哺乳動(dòng)物的先天免疫途徑，如cGAS-STING，它產(chǎn)生環(huán)核苷酸來激活宿主反應(yīng)。”

雖然這些都是已知的，但一種新的III型CRISPR蛋白，CRISPR相關(guān)腺苷脫氨酶1 （Cad1）究竟是如何實(shí)現(xiàn)細(xì)胞關(guān)閉的，其背后的分子動(dòng)力學(xué)還不清楚。

有毒煙霧

為了找到答案，研究人員對(duì)Cad1進(jìn)行了詳細(xì)的分子和結(jié)構(gòu)分析，使用冷凍電鏡和其他先進(jìn)的方法來揭示解釋該系統(tǒng)如何暫停細(xì)胞活動(dòng)的不尋常結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。

在CRISPR-Cas10系統(tǒng)中，通過將輔酶a與稱為CARF結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)結(jié)合，Cad1被警告病毒的存在。這反過來刺激Cad1將ATP（細(xì)胞的能量貨幣）轉(zhuǎn)化為ITP（通常少量存在于細(xì)胞中的一種中間核苷酸），然后充斥細(xì)胞。高劑量的ITP會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性，因此，細(xì)胞活動(dòng)停止，使細(xì)胞處于休眠狀態(tài)。

“當(dāng)病毒被隔離在被感染的細(xì)胞內(nèi)時(shí)，被感染的細(xì)胞被犧牲了，但更大的細(xì)菌群得到了保護(hù)，”帕特爾實(shí)驗(yàn)室的博士后研究學(xué)者、共同**作者Puja Majumder說。目前還不清楚它為什么會(huì)產(chǎn)生這種影響。一種理論認(rèn)為，過量的ITP會(huì)競(jìng)爭(zhēng)蛋白質(zhì)中通常由ATP或GTP占據(jù)的結(jié)合位點(diǎn)，這些結(jié)合位點(diǎn)對(duì)正常細(xì)胞功能至關(guān)重要；另一個(gè)原因是高水平的ITP會(huì)干擾噬菌體DNA的復(fù)制。

“但是我們還不知道為什么，”Majumder說。

Baca指出，他們的發(fā)現(xiàn)的一個(gè)潛在應(yīng)用是作為感染的診斷工具。“ITP的存在表明樣本中存在病原體轉(zhuǎn)錄物。”

本網(wǎng)站所有轉(zhuǎn)載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉(zhuǎn)載內(nèi)容不代表本站立場(chǎng)。不希望被轉(zhuǎn)載的媒體或個(gè)人可與我們聯(lián)系，我們將立即進(jìn)行刪除處理。