新研究發(fā)現(xiàn)噬菌體CRISPR-Cas系統(tǒng)新機(jī)制

4個(gè)月前來(lái)源：北京化工大學(xué)微信公號(hào) 觀看：29

CRISPR-Cas系統(tǒng)廣泛存在于細(xì)菌和古細(xì)菌中，是原核生物的一種適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，用來(lái)抵御病毒、質(zhì)粒等外源核酸的侵入。然而在2013年，有研究人員在ICP1噬菌體中發(fā)現(xiàn)了I-F型CRISPR-Cas系統(tǒng)。噬菌體的CRISPR-Cas系統(tǒng)相較于細(xì)菌CRISPR-Cas系統(tǒng)有何特點(diǎn)尚待研究。

2024年7月8日，北京化工大學(xué)馮越課題組與清華大學(xué)楊茂君課題組合作在Nature Chemical Biology發(fā)表了題為“Cas1 mediates the interference stage in a phage-encoded CRISPR–Cas system”的研究長(zhǎng)文以及“An alternative mechanism for recruiting Cas2/3 in a phage-encoded CRISPR–Cas system”的研究簡(jiǎn)報(bào)，報(bào)道了ICP1噬菌體CRISPR-Cas系統(tǒng)獨(dú)特的招募Cas2/3降解靶DNA的機(jī)制。

本文通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和噬菌體學(xué)等多種手段闡明了ICP1 CRISPR-Cas系統(tǒng)復(fù)合物全新的招募Cas2/3的分子機(jī)制。首先，他們發(fā)現(xiàn)ICP1 Cas1可以結(jié)合ICP1 Csy或Csy-dsDNA復(fù)合物，而銅綠假單胞菌的Cas1并不能結(jié)合其Csy或Csy-dsDNA復(fù)合物；其次，ICP1 Cas1-Cas2/3復(fù)合物結(jié)合ICP1 Csy-dsDNA后，可以形成穩(wěn)定的Csy-dsDNA-Cas1-Cas2/3復(fù)合物，該復(fù)合物由馮越課題組和楊茂君課題組合作解析（圖1）。該復(fù)合物中，Cas1-Cas2/3復(fù)合物位于中心，兩側(cè)各結(jié)合一個(gè)Csy-dsDNA復(fù)合物，總分子量約1 MDa，這也是首個(gè)I-F型CRISPR-Cas系統(tǒng)結(jié)合Cas2/3的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，而銅綠假單胞菌Cas1-Cas2/3結(jié)合其Csy-dsDNA后，Cas1會(huì)逐漸從Cas2/3解離下來(lái)，最終只能形成Csy-dsDNA-Cas2/3復(fù)合物；最后，體內(nèi)和體外的活性實(shí)驗(yàn)證明，ICP1 Cas2/3只有在Cas1存在時(shí)，才能更好地降解Csy復(fù)合物靶向的DNA，而銅綠假單胞菌Cas1幾乎不影響Cas2/3降解靶DNA。結(jié)合以上結(jié)果，馮越課題組提出了ICP1 CRISPR-Cas系統(tǒng)由Cas1招募Cas2/3進(jìn)行靶DNA降解的新機(jī)制。

圖1 ICP1 I-F型 CRISPR-Cas系統(tǒng)干擾機(jī)制

綜上所述，Cas1在ICP1 CRISPR-Cas系統(tǒng)中通過(guò)連接Csy復(fù)合物和Cas2/3來(lái)介導(dǎo)靶DNA的降解。這一發(fā)現(xiàn)展示了Cas1在CRISPR-Cas系統(tǒng)干擾階段的關(guān)鍵作用，打破了領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于其僅在適應(yīng)階段發(fā)揮作用的傳統(tǒng)觀念。

清華大學(xué)張來(lái)幸博士、北京化工大學(xué)王浩博士、清華大學(xué)曾建偉博士、北京化工大學(xué)曹雪利博士和已畢業(yè)碩士生高政宇為本論文的共同第一作者，北京化工大學(xué)馮越教授，張怡副教授與清華大學(xué)楊茂君教授為本文的共同通訊作者。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41589-024-01659-5

https://www.nature.com/articles/s41589-024-01667-5

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