中科院学者Cell文章：CRISPR-Cas系统研究重大突破

　　

生物通报道：来自中科院生物物理研究所的研究人员发表了题为“The Molecular Architecture for RNA-Guided RNA Cleavage by Cas13a”的文章，成功解析了Leptotrichia buccalis (Lbu)细菌中Cas13a与crRNA (CRISPR-RNA)及其target RNA三元复合物3.08Å的晶体结构、Cas13a与crRNA二元复合物3.2Å的电镜结构。

这一研究成果公布在Cell杂志上，由生物物理研究所王艳丽研究员和章新政研究员领导完成，第一作者为刘亮(博士后)、李雪岩（硕士研究生）、李宗强（工作人员）及章新政组的马军（副研究员）。

这项研究证实target RNA的结合导致LbuCas13a的两个HEPN（发挥RNA干扰功能的结构域）结构域发生构象变化，从而激发LbuCas13a非特异性地切割任意单链RNA的酶切活性，该成果为研究Cas13a发挥RNA酶活性的分子机制提供了重要的结构生物学基础。该研究是王艳丽课题组继今年1月于Cell首次报道Leptotrichia shahii（Lsh）细菌中Cas13a与crRNA 二元复合物以及Cas13a自由状态下的晶体结构后的又一重大突破。 　　

几乎所有的古菌和约50%的细菌都具有CRISPR-Cas系统，用以抵抗病毒和质粒的侵染。CRISPR-Cas系统分为两大类，Cas13a是第二大类VI型系统中的效应蛋白，具有RNA介导的RNA酶切活性，是目前第二大类CRISPR-Cas系统发现的唯一能够降解RNA的蛋白（Cas9, Cpf1, C2c1均是RNA介导的DNA核酸内切酶），对开发研究RNA工具，扩展CRISPR系统在基因编辑方面的运用具有重大价值。 　　

在这项研究中，研究人员利用X-ray晶体学的方法又成功解析了LbuCas13a-crRNA-target RNA的三元复合物结构（3.08Å）。通过冷冻电镜技术，获得了3.2Å LbuCas13a-crRNA的二元复合物结构。结构显示Cas13a具有REC和NUC两个叶片，其中NUC叶片包含两个HEPN结构域、Helical-2结构域以及连接两个HEPN结构域的连接结构域，两个HEPN结构域组成了Cas13a切割target RNA的活性区域。crRNA识别序列互补的目的 RNA，并与之结合形成双链RNA并被NUC叶片包围。同时，双链RNA的形成引起crRNA和Cas13a蛋白的构象变化，促使两个HEPN结构域相互靠近，进而激活Cas13a蛋白。研究人员通过结构和功能证明由crRNA和target RNA激活的Cas13a能切割任意单链的RNA。

LbuCas13a-crRNA-target RNA三元复合物的晶体结构

这项研究发现为CRISPR-Cas13a系统的进一步开发提供了可靠的结构基础，对深入理解细菌抵御病毒入侵的分子机制提供了强有力的证据，并将对病毒引起的疾病的预防、检测、控制与治疗产生重大意义，特别是基于Cas13a高效的RNA酶切活性，对其应用于各类重大疾病的快速检测具有十分广阔的前景。 　　

原文标题：

The Molecular Architecture for RNA-Guided RNA Cleavage by Cas13a