黃志偉教授課題組在CRISPR-Cas領域取得新成果
近日，生命學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底物的分子機制。研究成果以“通過冷凍電鏡和生化實驗揭示三型CRISPR-Cas系統(tǒng)Csm復合物的DNase和RNase酶活性偶聯(lián)機制”（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《細胞研究》（Cell Research）雜志上。
CRISPR/Cas系統(tǒng)是細菌和古細菌抵御外源入侵的一種適應性免疫機制。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效應復合物，III-B亞型稱為Cmr效應復合物，III-A亞型Csm復合物由5個Cas蛋白（Cas10、Csm2-5）和crRNA組成。為認識III-A亞型CRISPR/Cas系統(tǒng)降解單鏈DNA和RNA的分子機制，課題組解析了嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）III-A亞型 Csm復合物和Csm復合物與底物ssRNA的近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，結(jié)合生物化學實驗方法揭示了Csm復合物剪切DNA和RNA的分子機制，并提出Csm復合物的DNase和RNase酶活性偶聯(lián)機制的模型。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ssRNA與Csm復合物結(jié)合時激活該復合物剪切ssRNA和單鏈DNA，接著ssRNA被Csm復合物在遠離3’端側(cè)翼序列的位置剪切并從復合物解離，從而使得復合物降解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導致非特異剪切自身DNA。
黃志偉教授和美國斯坦福大學趙華（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博士后張開明（Kaiming Zhang）為該論文的并列第一作者。本項目受到國家自然科學基金委、哈工大青年科學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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