科学家首次捕捉到Cas9酶切割DNA的清晰图像

【字体: 时间:2019年07月11日 来源:生物通

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  近日,英属哥伦比亚大学和伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家捕捉到Cas9核酸内切酶精确切割DNA链的高分辨率图像,并发表在《Nature Structural and Molecular Biology》杂志上。

  

近日,英属哥伦比亚大学和伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家捕捉到Cas9核酸内切酶精确切割DNA链的高分辨率图像,并发表在《Nature Structural and Molecular Biology》杂志上。

这些图像是利用低温电子显微镜(cryo-EM)技术捕捉的,显示了基因编辑工具CRISPR-Cas9是如何工作的,将有助于研究人员开发更高效、更精确的基因编辑工具。这项成果为治疗和预防由DNA突变引起的一系列人类疾病带来了希望,比如亨廷顿病和癌症。

负责cryo-EM研究的英属哥伦比亚大学研究人员Sriram Subramaniam说:“如此详细地了解Cas9究竟如何切割和编辑DNA链,这真是让人兴奋。这些图像为我们提供了宝贵的信息,有望提高基因编辑过程的效率,并更快更准确地纠正致病的DNA突变。”

CRISPR-Cas9是一种基因编辑工具,其中Cas9核酸内切酶就像一把能够切割DNA链的分子剪刀。在向导RNA的指引下,Cas9在基因组上的特定位点切割DNA,然后就可以插入和编辑,从而改变DNA序列。

为了更好地了解编辑过程中各个事件的顺序,Subramaniam及其同事利用了cryo-EM技术对工作中的Cas9酶进行成像。这些图像显示了Cas9酶切割DNA过程中所发生的每一步分子运动,包括切割后的DNA仍然附着在酶上即将释放的快照。

研究人员呈现了Cas9-sgRNA-DNA复合物在预催化、后催化和产物状态下的cryo-EM结构。在预催化状态下,Cas9采用“检查点”构象,其HNH核酸酶结构域远离DNA。后催化状态捕获了仍与HNH活性位点结合的切割底物。在产物状态下,HNH结构域是无序的,而REC2识别结构域回到预催化构象。

共同通讯作者、伊利诺伊大学的研究人员Miljan Simonovic 表示:“人们希望利用Cas9开发更好的基因编辑工具,但主要障碍之一是没有Cas9切割DNA的任何图像。现在我们有了更清晰的图像,甚至看到了酶的主要结构域在反应过程中是如何移动的,这有望成为改造的重要靶点。”

Subramaniam实验室是首个利用cryo-EM技术实现蛋白质的原子分辨率成像的实验室。在过去几年中,他们率先利用cryo-EM来解析各种蛋白质的结构,包括代谢酶、大脑受体以及DNA-蛋白复合物。(生物通 薄荷)

原文检索

Cryo-EM structures reveal coordinated domain motions that govern DNA cleavage by Cas9

Nature Structural & Molecular Biology (2019)

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