北京市生物结构前沿研究中心等揭示CRISPR-Cas9系统演化

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关键词：

来源：

Nature

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来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07486-x

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-05-29

摘要：

2024年5月29日，清华大学北京市生物结构前沿研究中心刘俊杰课题组与中科院大学白杨课题组合作在Nature发表题为“Pro-CRISPR PcrIIC1-associated Cas9 system for enhanced bacterial immunity”的研究论文。在这项研究中，科学家们发现了一种新型的CRISPR-Cas9系统，即Pro-CRISPR PcrIIC1相关联的Cas9系统，它能显著增强细菌对噬菌体的免疫能力。通过对2,062个完整的Cas9位点的分析，研究人员预测了它们的相关蛋白结构，并揭示了II-C型Cas9的三种结构增长轨迹。研究发现，较大的II-C Cas9s倾向于在其位点内存在新的相关基因（NAGs）。特别地，Chryseobacterium物种中的CbCas9含有一个新颖的β-REC2结构域，并能与NAG编码的CRISPR-Cas系统促进蛋白PcrIIC1形成异源四聚体复合物。这种CbCas9-PcrIIC1复合物不仅显示出增强的DNA结合和切割活性，还对原间隔序列邻近基序（PAM）具有更广泛的兼容性，对错配的容忍度提高，并且相比单独的CbCas9，其抗噬菌体免疫能力也得到了提升。研究者们利用AlphaFold2预测了II-C Cas9s的结构，并开发了一种结构增长轨迹（SGT）分析方法，以评估Cas9s的结构差异和变化趋势。通过比较不同Cas9s的三维结构，研究人员发现了多样化的结构细节，并提出了Cas9s可能通过特定的热点区域插入新的结构元素来适应NAG编码蛋白的招募。此外，PcrIIC1作为一种NAG编码的非毒性核酸酶，在CbCas9介导的DNA干扰中起到了积极作用，增强了CbCas9的DNA结合亲和力，放宽了对PAM的要求，并促进了CbCas9对靶序列的入侵。这些发现不仅为理解CRISPR-Cas系统的多样性和进化提供了新的视角，也为进一步开发和优化CRISPR-Cas9系统在基因编辑和治疗中的应用提供了潜在的新策略。