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Science:重大进展!揭示功能多样化的V型CRISPR-Cas系统

来源:本站原创 2018-12-12 23:59

2018年12月12日/生物谷BIOON/---古生菌和细菌的CRISPR/Cas系统保护它们的宿主免受噬菌体和其他的可移动遗传元件的影响。根据最新的分类标准,CRISPR/Cas系统可分为两大类:第1类CRISPR/Cas系统和第2类CRISPR/Cas系统。

第1类CRISPR/Cas系统分为I型CRISPR/Cas系统(标签基因为Cas3)、III型CRISPR/Cas系统(标签基因为Cas10)和IV型CRISPR/Cas系统(标签基因为Csf1)。I型CRISPR/Cas系统可进一步分为I-A(标签基因为Cas8a, Cas5)、I-B(标签基因为Cas8b)、I-C(标签基因为Cas8c)、I-D(标签基因为Cas10d)、I-E(标签基因为Cse1, Cse2)、I-F(标签基因为Csy1, Csy2和Csy3)、I-U(标签基因为GSU0054);III型CRISPR/Cas系统可进一步分为III-A(标签基因为Csm2) 、III-B(标签基因为Cmr5)、III-C(标签基因为Cas10或Csx11)、III-D(标签基因为Csx10);IV型CRISPR/Cas系统可进一步分为IV-A和IV-B。

第2类CRISPR/Cas系统分为II型CRISPR/Cas系统,它的标签基因为Cas9;V型CRISPR/Cas系统,它的标签基因为Cas12a(之前称为Cpf1)、Cas12b(之前称为C2c1)和Cas12c(之前称为C2c3);VI型CRISPR/Cas系统,它的标签基因为Cas13a(之前称为C2c2)、Cas13b和Cas13c。II型CRISPR/Cas系统可进一步分为II-A(标签基因为Csn2)、IIB(标签基因为Cas4)和IIC(不存在Csn2和Cas4),V型CRISPR/Cas系统可进一步分为V-A(标签基因为Cas12a)、V-B(标签基因为Cas12b)、V-C(标签基因为Cas12c)和V-U(标签基因为TnpB-like)。VI型CRISPR/Cas系统可进一步分为VI-A(标签基因为Cas13a)和VI-B(标签基因为Cas13b)。
图片来自Science, doi:10.1126/science.aav7271。

在表达时,I型CRISPR/Cas系统会产生三个部分:Cas3、Cascade复合物(由Cse1、Cse2、Cas7、Cas5和Case6e组成)和pre-crRNA,随后pre-crRNA通过Cascade复合物中的Case6e进行剪切加工获得成熟的crRNA,并且成熟的crRNA会继续结合到Cascade复合物上发挥作用。 目前最为常用的CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a系统分别属于II型CRISPR/Cas系统和V-A型CRISPR/Cas系统。Cas12a(之前称为Cpf1)是一种CRISPR相关核酸酶,与Cas9核酸酶存在着较为密切的关系。如今,Cas12a和Cas9广泛地用于合成基因组工程、农业基因组学和生物医学等领域。

V型CRISPR-Cas系统可通过单个RNA引导的效应蛋白Cas12加以区分。Cas12在羧基末端含有一个RuvC结构域。尽管V-A型CRISPR-Cas的效应蛋白Cas12a和V-B型CRISPR-Cas的效应蛋白Cas12b已得到详细研究,但是未被研究的Cas12蛋白的不同结构域结构和不同的RuvC序列表明存在着未被探究的V型CRISPR-Cas功能多样性。

在一项新的研究中,来自美国Arbor生物技术公司(Arbor Biotechnologies)的研究人员鉴定出Cas12蛋白的其他成员:Cas12c、Cas12g、Cas12h和Cas12i展现出RNA引导的双链DNA(dsDNA)干扰活性。Cas12i对crRNA间隔序列的互补链和非互补链表现出显著不同的切割效率,从而主要导致dsDNA切口。作为一种核糖核酸酶(RNase),Cas12g表现出RNA指导的靶向切割RNA活性,此外还附带具有非特异性地反式切割单链DNA(ssDNA)的活性。

这项研究揭示出V型CRISPR-Cas的不同进化途径中出现多能多样性,这会扩展CRISPR工具箱。

相关研究结果于2018年12月6日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Functionally diverse type V CRISPR-Cas systems”。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Winston X. Yan et al. Functionally diverse type V CRISPR-Cas systems, 2018, doi:10.1126/science.aav7271.
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