CRISPR先驱Nature、Molecular Cell连发重要成果

　　

生物通报道  加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna博士是CRISPR技术的共同开发者，曾因这一技术获得了“生命科学突破奖”（Breakthrough Prize），是CRISPR专利的有力竞争者。近日，Doudna接连在《自然》（Nature）和Cell出版社旗下子刊《分子细胞》（Molecular cell）上发表了两项重要的研究成果（延伸阅读：CRISPR先驱重大成果：实现CRISPR/Cas9医学应用的重要一步 ）。

在发表于10月21日的Nature杂志上的论文中，Doudna研究小组揭示出了在CRISPR–Cas适应性免疫中获取外源DNA的机制。

细菌和古细菌通过将30-40bp特定长度的外源DNA整合到成簇的规律间隔的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)位点中作为间隔序列(spacer)，来生成对噬菌体和质粒的适应性免疫。普遍保守的Cas1–Cas2整合酶复合物利用了一种与反转录病毒整合酶及转座酶相似的亲核整合机制来促成获取间隔序列。但目前对于Cas1–Cas2选择性整合外源DNA底物的机制仍不清楚。

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研究人员报告称获得了大肠杆菌Cas1–Cas2复合物结合同源33个核苷酸的前间隔序列(protospacer) DNA底物的X-射线晶体结构。这一蛋白质复合物构建出了一个跨越DNA长度的弯曲结合平面，展开前间隔序列的末端使得每个末端亲核3′-OH能够进入到一个通往Cas1活性位点的通道中。磷酸二酯骨架与前间隔序列和蛋白质互作，可以解释在体内观察到的序列非特异性底物选择。

这些结果揭示了获取外源DNA的结构基础，及Cas1–Cas2作为分子尺指定CRISPR位点序列结构的机制。

在近期发表于Molecular cell杂志上的另一篇论文中，Doudna课题组与加州大学伯克利分校的Russell E. Vance合作，通过调查cGAS-STING的远古起源揭示了普遍的2′,3′ cGAMP信号传导的分子机制。

在人类中，cGAS-STING免疫信号通路通过包含混合2′–5′和3′–5′磷酸二酯键的环化二核苷酸（CDN）：2′,3′ cGAMP作为第二信使来发送信号。原核生物也生成CDNs，但这些完全为3′,3′ CDN，当前对于人类2′,3′ cGAMP信号的进化起源并不清楚。

在这里研究人员通过在星状海葵（Nematostella vectensis）中发现了一条功能性的cGAS-STING信号通路阐明了人类cGAMP信号传导的远古起源。星状海葵是在5亿多年前与人类发生进化分歧的海葵物种。海葵cGAS似乎生成了一种3′,3′ CDN，海葵STING通过核碱基特异性的接触识别3′,3′ CDN，在人类的STING中则未观察到有这种接触。但海葵STING与人类STING无差别地结合了2′,3′ cGAMP，呈现一种3′,3′ CDNs无法诱导的独特结构构象。

这些结果揭示出人类2′,3′ cGAMP通过利用一种极其保守的STING构象中间物实现了普遍的信号传导，由此提供了治疗靶向STING信号通路的一些重要认识。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Foreign DNA capture during CRISPR–Cas adaptive immunity.Nature (2015) doi:10.1038/nature15760

Ancient Origin of cGAS-STING Reveals Mechanism of Universal 2′,3′ cGAMP Signaling. Molecular cell. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2015.07.022