中国科学家揭示III型CRISPR-Cas系统免疫机制

11月29日，《细胞》杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所王艳丽课题组和章新政课题组合作的研究成果。研究人员系统地阐述了III型CRISPR-Cas系统抵御外源核酸的分子机制。

CRISPR-Cas系统是一种由RNA介导的获得性免疫系统，在原核生物中广泛存在。在此之前，科学家们已经系统研究过I型、II型、V型和VI型CRISPR-Cas系统。而对最古老、最复杂的III型CRISPR-Cas系统，人类的了解还相对欠缺。因而，这项新成果是CRISPR-Cas系统抗病毒机理的又一重大突破。

王艳丽向《中国科学报》记者介绍，III型CRISPR-Cas系统中的A亚型具有一个名为Csm的效应复合物。这一效应复合物的组装方式、识别“自我”与“非我”DNA，以及激活Csm1的DNA酶和腺苷酸环化酶的活性等分子机理，目前仍不清楚。

研究人员报道了嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）III-A型效应复合物Csm的高分辨率晶体结构，以及Csm与不同类型的目的RNA及ATP的七种不同底物结合状态的、近原子分辨率的冷冻电镜结构。

他们发现Csm复合物的组成将随着crRNA的长度变化而发生变化，但是5种Csm蛋白的组成一直遵循Csm112n3n+14151的规律。该研究选取了3’互补以及非互补的目的RNA，发现目的RNA与crRNA在（-2）-（-5）位是否互补配对是激活Csm1 切割ssDNA以及合成环状寡聚腺苷酸（cOA）的关键因素。而且，研究发现3’非互补的目的RNA的结合导致Csm1局部区域的构象变化，从而通过别构效应激活Csm1的DNA酶和腺苷酸环化酶的活性。

“我们的研究成果有望为开发III型CRISPR系统作为应用工具提供重要的理论基础。”王艳丽说。