中科院Nature发表CRISPR研究新成果

　　

生物通报道  来自中科院生物物理所、南方科技大学的研究人员在新研究中，解析了大肠杆菌CRISPR RNA导向免疫监督复合物——Cascade的结构。研究成果发布在8月12日的《自然》（Nature）杂志上。

中科院生物物理所的王艳丽（Yanli Wang）研究员以及南方科技大学的魏志毅(Zhiyi Wei)副教授是这篇论文的共同通讯作者。王艳丽研究员的主要研究方向集中在RNA干扰相关蛋白的结构与功能研究。魏志毅副教授的研究领域包括神经发育的分子机制、细胞膜功能区的组装机制、细胞内物质运输的分子机制。

成簇的规律间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）是一类独特的DNA直接重复序列家族，广泛存在于众多原核生物基因（大多数的细菌和几乎所有的古细菌）中。自2002年首次被人们所定义以来，CRISPR一直以其奇特的结构与特殊的功能吸引着各国科学家们的共同关注。

CRISPR的结构非常稳定，长度约25～50bp的重复序列（repeats）被间隔序列(spacer)所间隔。根据不同的研究结果，人们对CRISPR 系统的生物学功能曾有过种种推测，最近人们发现CRISPR与Cas蛋白一起形成的CRISPR/Cas系统，在原核生物中表现出某种获得性免疫功能，帮助细菌抵御病毒的侵犯，并和DNA的重组与修复有关。

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其编码Cas蛋白的基因不同而分为更多的亚类。在I–E亚类CRISPR/Cas系统中，来自5个Cas蛋白(CasA1B2C6D1E1)的11个亚基沿着CRISPR RNA (crRNA)组装成Cascade复合物（延伸阅读：Science：解密CRISPR分子机制 ）。

在这篇文章中，研究人员报告称获得了分辨率达到3.05 Å、分子量为405kD的大肠杆菌Cascade复合物的晶体结构，揭示出了超越早先低分辨率低温电子显微镜结构的分子细节。晶体结构显示，61个核苷酸的crRNA跨越了包含11个蛋白质亚基在内的整个复合物，在那里它与所有6个CasC亚基（CasC1–6）发生了相互作用，CasD和CasE分别锚定在它的5′和3′末端重复序列上。

crRNA间隔序列区沿着排列成行的CasC1–6亚基生成的凹面上一个连续的沟槽定位。从各个CasC2–6亚基伸出的5个长β发夹结构(β-hairpins)延伸到crRNA，每个β-hairpin均插入到最后的堆叠碱基（stacked base）和邻近张开（splayed）碱基之间的间隙中，定位在前面CasC亚基的凹槽内。因此crRNA间隔序列区被分成了5个相等的片段，每个片段都包含5个堆叠碱基，两侧是一个翻转向外的碱基。每个crRNA间隔序列片段均以相似的方式与CasC互作。此外，这一结构还解释了种子序列（seed sequence）在靶向DNA识别中起重要作用的原因。

新研究结果揭示出了，介导RNA导向免疫监督的这一Cascade复合物生成所必需的蛋白质-蛋白质以及蛋白质-RNA排列与相互作用的一些新分子细节。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Crystal structure of the RNA-guided immune surveillance Cascade complex in Escherichia coli

Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) together with CRISPR-associated (Cas) proteins form the CRISPR/Cas system to defend against foreign nucleic acids of bacterial and archaeal origin1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. In the I–E subtype CRISPR/Cas system, eleven subunits from five Cas proteins (CasA1B2C6D1E1) assemble along a CRISPR RNA (crRNA) to form the Cascade complex10, 11, 12, 13. Here we report on the 3.05 Å crystal structure of the 405-kilodalton Escherichia coli Cascade complex that provides molecular details beyond those available from earlier lower-resolution cryo-electron microscopy structures.

作者简介：

王艳丽

中科院“****”获得者，中科院生物物理所，中国科学院核酸生物学重点实验室，创新课题组组长

2002－2004 中国科学技术大学 博士
2005—2006 中国科学院生物物理研究所 助理研究员
2006－2010 美国斯隆-凯瑟琳癌症研究中心 博士后、副研究员、高级研究员
2010—至今 中国科学院生物物理研究所 “****”研究员

研究方向：RNA干扰（RNA interference，RNA）相关蛋白的结构与功能研究

魏志毅

研究领域：神经发育的分子机制；细胞膜功能区的组装机制；细胞内物质运输的分子机制

从事结构生物学研究，主要利用蛋白质晶体学的方法，同时结合生物化学和生物物理学的各种技术来研究神经发育的分子机制，特别是神经细胞间相互作用的分子机理；为了解和治疗神经发育缺陷相关的精神疾病（如自闭症和精神分裂）提供理论基础。

工作经历：
2013年至今，副教授，南方科技大学生物系
2009 – 2013年，助理研究教授，香港科技大学生命科学部
2011 – 2013年，田家炳冠名研究员，香港科技大学高等研究院
2009 – 2011年，青年研究员，香港科技大学高等研究院
2007 – 2009年，博士后研究员，华盛顿大学（西雅图）医学院

学习经历：
博士，生物化学与分子生物学，中国科学技术大学，2007年
学士，生物学，中国科学技术大学，2002年

所获荣誉：
2007年，优秀毕业生，中国科学技术大学
2004、2006年，东港研究生奖，中国科学技术大学
2004年，所长奖学金一等奖，中国科学院生物物理研究所
2003年，光华奖学金，中国科学技术大学