Cell子刊详解CRISPR的作用机制

　　

生物通报道：细菌在与入侵者的漫长斗争中演化出了多种防御机制，比如成簇的规律间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas组成的适应性免疫系统。这个监控体系是原核生物抵御入侵者的重要武器，能在CRISPR RNA（crRNA）的引导下，靶标并降解入侵者的遗传物质。

就在几年前，人们还只知道CRISPR在细菌和古生菌的免疫中起作用。现在，它已经成为了炙手可热的基因组编辑工具，帮助世界各地的研究者们解决实际问题。近年来，CRISPR已经在多个领域中展现了自己强大的特异性基因编辑能力，催生了大量的重要成果。

根据功能元件的不同，CRISPR/Cas系统可以分为I类系统、II类系统和III类系统。这三类系统又可以根据Cas蛋白编码基因的不同分成更多的亚类。在III-B型CRISPR-Cas系统中，六个Cas蛋白（Cmr1–Cmr6）和一个crRNA形成了RNA沉默复合体Cmr。

日本产业技术综合研究所AIST的研究团队日前解析了Cmr复合体与底物结合时的高分辨率晶体结构，并由此揭示了该复合体的识别和剪切机制。这项研究于四月二十三日发表在Cell旗下的Molecular Cell杂志上，文章的通讯作者是Tomoyuki Numata。

研究人员用一条与crRNA互补的单链DNA模拟Cmr复合体的底物，然后获得了功能性Cmr复合体与单链DNA结合时的晶体结构，分辨率达到2.1 Å。在复合体中，Cmr3用自己特殊的环识别crRNA 5’ 标签，决定crRNA与目标形成双链的起始位点。复合体的三个Cmr4亚基将β发夹插入双链，每隔6nt使双链变形（核苷酸替代）并剪切目标。

这项研究在原子水平上揭示了CRISPR系统的特异性识别和剪切机制，有助于人们进一步理解Cmr复合体的组装和演化。

近期CRISPR研究领域可谓精彩纷呈： CRISPR先驱张锋（Feng Zhang）对这一体系进行了重要改良，使其可以在活细胞中有效启动任何基因。著名遗传学家George Church将CRISPR打造成了更厉害的工具，用来揭示一连串基因回路对生物过程的影响，以便精确引导干细胞分化并生成器官。最引人注目的是，中山大学研究人员黄军就（Junjiu Huang）首次用CRISPR技术编辑了人类胚胎。（延伸阅读：Nature：中国科学家用CRISPR/Cas9改造人类胚胎）

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Crystal Structure of the CRISPR-Cas RNA Silencing Cmr Complex Bound to a Target Analog