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Mol Cell:封面文章解读CRISPR-Cas系统蛋白所扮演的关键角色

来源:本站原创 2018-07-02 23:11

2018年7月3日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自乔治亚州立大学等机构的研究人员通过研究深入阐明了深入阐明了基于RNA的病毒免疫系统—CRISPR-Cas的基本生物学机制。CRISPR-Cas是细菌和古细菌能用来抵御病毒和其它外来“入侵者”的一种防御机制,当细菌被病毒攻击时,其就能将病毒DNA“切碎”并将入侵者的一部分DNA片段插入细菌自身的基因组,并以这种方式来记录病毒的DNA,随后细菌就会利用DNA制造RNAs,并将其同细菌的蛋白相结合,杀灭病毒的DNA。

图片来源:biosciences.lbl.gov

目前CRISPR-Cas系统已经被全球研究人员广泛研究,研究人员希望能利用这种系统来编辑能使人类患多种疾病的特殊基因,比如糖尿病和癌症等,然而,为了达到这个目标,科学家们必须深入理解CRISPR-Cas系统的基本生物学过程,从而为机体提供有效抵御入侵病毒的特殊免疫力。

研究者Michael Terns表示,相比研究如何利用CRISPR进行治疗或医学用途而言,本文研究更多的是一项基础性的研究成果,这项研究是适应性研究过程的特殊一步,即识别出病毒的特殊DNA序列,并将其整合到宿主的基因组中,为后代提供更多的免疫力。此前研究人员并不理解细胞如何识别病毒为外来入侵者,以及哪些细菌蛋白对于成功整合和提供免疫力是必不可少的。这项研究中,研究人员通过研究阐明了细菌的免疫系统如何制造记忆分子来移除有害的病毒DNA序列,同时研究人员还揭示了这种特性是如何传递给细菌后代的。

通过分析相应的数据,研究人员发现,此前鉴别出的特征不明显的Cas4蛋白质或许与CRISPR-Cas系统中的Cas1和Cas2蛋白存在于一定的关联,在最初的适应阶段,其中一个Cas4蛋白能够识别序列中的关键“信号占位符”,而这种序列距离分离的DNA序列较近。当Cas1和Cas2、以及其中一个Cas4存在于细胞中时,其就会扮演基于军队的免疫系统“将军”的角色,同均一尺寸的切断DNA序列相互“沟通”,并且决定下一步的方向,给出最终摧毁致命DNA片段的指令。

细胞为了成功识别并且去除DNA片段,其就会将这些DNA片段的信息掺入到自身的基因组中实现免疫效力,而且Cas4蛋白必须存在于细胞中并与Cas1和Cas2串联起来。研究者Terns说道,Cas4存在于许多CRISPR-Cas系统中,但这些蛋白质所扮演的角色研究人员却并不清楚,在细菌的免疫系统中,有两种关键的Cas4蛋白对于控制上述过程非常关键,因此细菌的功能性RNA需要被制造出来并且被赋予相应的免疫力。

如今研究人员能够利用超级计算的方法进行生物信息学的分析以及数据的整合分析。后期他们还需要进行更为深入的研究来阐明参与CRISPR-Cas系统的生物学机制,同时本文研究还能帮助科学家们深入理解这些蛋白质如何共同协作来保护细胞并且赋予细胞相应的免疫特性。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Masami Shiimori5, Sandra C. Garrett5, Brenton R. Graveley, et al. Cas4 Nucleases Define the PAM, Length, and Orientation of DNA Fragments Integrated at CRISPR Loci. Molecular Cell (2018) doi:10.1016/j.molcel.2018.05.002

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