CRISPR先驅發表研究新成果
日期：2016-05-24 09:44:56
細菌和古生菌一直在與入侵者做斗爭，為此它們演化出了多種防御機制，CRISPR-Cas適應性免疫系統就是其中之一。Cas1-Cas2蛋白復合體會捕獲30–40bp的外源DNA，將它們整合到CRISPR的間隔區，形成自己的免疫記憶。如果這種外源DNA再次入侵，細菌就能夠及時將其剪切，從而保護自身安全。
加州大學伯克利分校的研究團隊前不久在Molecular Cell雜志上發表文章，揭示了CRISPR介導免疫記憶的一個重要機制。這篇文章的通訊作者是著名CRISPR先驅Jennifer A. Doudna。Doudna教授是CRISPR技術的共同開發者，曾因這一技術獲得了“生命科學突破獎”（Breakthrough Prize），是CRISPR專利的有力競爭者。
規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合，可以在引導RNA的指引下，靶標并切割入侵者的遺傳物質。2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。該系統使用簡單而且擴展性強，很快便成為了生物學領域的香餑餑。
已知CRISPR-Cas的外源序列插入受到嚴格調控，整合在CRISPR前導序列（富含AT）的末尾。Doudna及其同事發現，大腸桿菌E. coli獲取外源序列需要蛋白IHF（integration host factor）。IHF結合前導序列并且誘導DNA彎曲，允許Cas1-Cas2整合酶催化外源序列插入。這項研究表明，CRISPR前導序列在外源序列捕獲中起到了重要的作用。
加州大學伯克利分校以Jennifer A Doudna為首的研究團隊取得了諸多令人側目的CRISPR研究成果。去年十月，Doudna及其同事在Nature雜志上發表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶結構域構象狀態直接控制了DNA切割活性。他們通過分子內熒光共振能量轉移（FRET）實驗，鑒定了HNH核酸酶結構域的一種激活構象。研究還證實，一個α-螺旋將HNH的構象改變傳達給RuvC結構域，激活它實現DNA切割。
今年年初，Doudna團隊揭示了CRISPR-Cas9準備剪切DNA時的關鍵分子結構。在CRISPR-Cas系統中，Cas蛋白與小CRISPR RNA（crRNA）形成復合體，切割與RNA互補的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一個典型特征，基因組編輯常用的sgRNA就會和Cas9形成R-loop。為了闡明R-loop的作用，研究人員通過冷凍電鏡獲得了釀膿鏈球菌Cas9 R-loop的高分辨率結構。
四月份，Doudna團隊在細菌中發現了一種CRISPR相關的非經典Argonaute。Argonaute蛋白是真核生物RNAi的關鍵效應子，它也參與了原核生物的基因組防御。Doudna及其同事證實，CRISPR相關Argonaute具有與眾不同的特異性。
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