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我校科研团队揭示III型CRISPR系统靶标识别机制

南湖网讯(记者李英俊)2017年9月5日,《Nucleic Acids Research》在线发表了我校发酵工程和古菌分子生物学研究团队的最新研究论文,题目是“cmr1通过与靶核糖核酸和铬核糖核酸的结合,使-B Crispr-CAS系统的有效核糖核酸和脱氧核糖核酸干扰成为可能”。生命科学与技术学院博士后研究员李英俊博士和博士后研究员张琰博士是论文的共同主要作者,何群新教授是论文的通讯作者。

CRISPR-Cas编码原核生物独有的获得性免疫系统,用于抵御病毒和质粒等外来遗传物质的入侵。CRISPR-Cas系统介导的适应免疫过程可分为三个阶段:间隔子的获取、crRNA的加工和靶核酸的干扰。CRISPR-Cas系统可分为六个亚型,其中型、型和型最早发现,并已被广泛研究。目前,基于型CRISPR-Cas系统的基因组编辑工具广泛应用于生命科学研究,显示出动植物基因编辑和人类遗传病基因治疗的巨大潜力。这也使得不同类型CRISPR-Cas系统的核酸干扰机制成为研究的前沿和热点。

佘群新教授的团队近年来在极端嗜热古菌CRISPR-Cas系统机制的研究和应用方面取得了一系列重要成果。第三型CRISPR系统在世界上首次被发现具有转录依赖型的脱氧核糖核酸干扰活性,据报道,冰岛vulgare的Cmr-α系统具有双重脱氧核糖核酸和核糖核酸干扰活性(Deng Deng等人,2013,MolMicro ol););此外,冰岛CRISPR型系统的核糖核酸靶向机制在体内得到进一步揭示(彭等人,2015,核酸研究);结合创伤链球菌的过表达系统和内源CRISPR-Cas系统,建立了一种基于内源CRISPR-Cas系统的基因组编辑方法。发现型和型系统可以有效地实现各种编辑方法:删除、插入和点突变(李等,2016,核酸研究)。2016年12月16日,《Nucleic Acids Research》在线发表了该团队的文章,题为“at type iii-bcrimpr-CAS效应器复合体介导大规模靶基因破坏”。本研究报道了-B型CRISPR-Cas系统具有高效的核糖核酸激活的非特异性ssDNA切割活性。2017年8月16日,佘群新教授的团队首次报道了聚(A)核糖核酸的核酸酶活性(Han等人,NucleicAcids Res)作为激活-B型CRISPR-Cas系统辅助蛋白Cx1的重要信号分子。

迄今为止的研究表明CRISPR-Cas系统在间隔序列的获取机制上具有高度的一致性,而其crRNA加工成熟度和靶干扰过程表现出不同的机制。以干扰活性为例,型和型CRISPR-Cas系统的脱氧核糖核酸干扰活性通过原间隔基的5’侧翼序列PAM(原间隔基相邻基序)识别靶脱氧核糖核酸,而型CRISPR系统的靶识别机制仍不清楚。本研究首先对冰岛硫化叶细菌-B CRISPR-Cas复合体(CMR-α)的3’尾亚基Cmr1进行缺失和保守氨基酸突变,并测定这些突变菌株的核糖核酸和脱氧核糖核酸干扰活性。然后,纯化相应的CRSPR效应复合物,提取RNP复合物中的crRNA,并通过体外生化实验分析其核糖核酸和ssDNA裂解活性。同时,结合SisCmr1α的结构分析,提出了Cmr1与crRNA和靶核酸结合的模型,以促进RNP复合物的高效核糖核酸和脱氧核糖核酸干扰活性。

本研究结果分析了Cmr1在-B CRISPR-Cas系统目标识别中的作用方式,为CRISPR系统的应用和发展奠定了重要基础。

点评者:彭楠

文章链接:

. oup . com/NAR/Article-Lookup/DOI/10 . 1093/NAR/GKX791

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. oup . com/NAR/Article-Lookup/DOI/10 . 1093/NAR/gkX726

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