CRISPR先驱发表研究新成果

　　

生物通报道：细菌和古生菌一直在与入侵者做斗争，为此它们演化出了多种防御机制，CRISPR-Cas适应性免疫系统就是其中之一。Cas1-Cas2蛋白复合体会捕获30–40bp的外源DNA，将它们整合到CRISPR的间隔区，形成自己的免疫记忆。如果这种外源DNA再次入侵，细菌就能够及时将其剪切，从而保护自身安全。

加州大学伯克利分校的研究团队前不久在Molecular Cell杂志上发表文章，揭示了CRISPR介导免疫记忆的一个重要机制。这篇文章的通讯作者是著名CRISPR先驱Jennifer A. Doudna。Doudna教授是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。

规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，可以在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域的香饽饽。

已知CRISPR-Cas的外源序列插入受到严格调控，整合在CRISPR前导序列（富含AT）的末尾。Doudna及其同事发现，大肠杆菌E. coli获取外源序列需要蛋白IHF（integration host factor）。IHF结合前导序列并且诱导DNA弯曲，允许Cas1-Cas2整合酶催化外源序列插入。这项研究表明，CRISPR前导序列在外源序列捕获中起到了重要的作用。

加州大学伯克利分校以Jennifer A Doudna为首的研究团队取得了诸多令人侧目的CRISPR研究成果。去年十月，Doudna及其同事在Nature杂志上发表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶结构域构象状态直接控制了DNA切割活性。他们通过分子内荧光共振能量转移（FRET）实验，鉴定了HNH核酸酶结构域的一种激活构象。研究还证实，一个α-螺旋将HNH的构象改变传达给RuvC结构域，激活它实现DNA切割。（更多详细信息请参见：Nature：揭示CRISPR/Cas9的DNA靶向切割机制）

今年年初，Doudna团队揭示了CRISPR-Cas9准备剪切DNA时的关键分子结构。在CRISPR-Cas系统中，Cas蛋白与小CRISPR RNA（crRNA）形成复合体，切割与RNA互补的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一个典型特征，基因组编辑常用的sgRNA就会和Cas9形成R-loop。为了阐明R-loop的作用，研究人员通过冷冻电镜获得了酿脓链球菌Cas9 R-loop的高分辨率结构。（更多详细信息请参见：CRISPR先驱Science再发重量级成果）

四月份，Doudna团队在细菌中发现了一种CRISPR相关的非经典Argonaute。Argonaute蛋白是真核生物RNAi的关键效应子，它也参与了原核生物的基因组防御。Doudna及其同事证实，CRISPR相关Argonaute具有与众不同的特异性。（更多详细信息请参见：CRISPR先驱发表最新研究成果）

生物通编辑：叶予

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