两篇Science揭示揭示RNA引导的CRISPR-Cas效应蛋白切割可触发适应性免疫反应

在原核生物中，CRISPR-Cas系统通过RNA引导的核酸酶活性对外来遗传物质提供适应性免疫反应，从而保护细菌和古生菌不受外来遗传物质的影响。最近，在与CRISPR-Cas系统的遗传关联中发现了更多具有非核酸酶功能的基因，这表明可能存在其他RNA引导的非核酸酶。一个例子是在靶向RNA的CRISPR效应蛋白gRAMP附近发现的CHAT家族蛋白酶。比如，来自Desulfonema ishimotonii的一个这样的基因编码TPR-CHAT蛋白酶Csx29，它与CRISPR效应蛋白Cas7-11结合。

在第一项新的研究中，来自美国麻省理工学院的研究人员证明了CRISPR相关蛋白酶Csx29对σ因子抑制剂表现出可编程的RNA激活的内肽酶活性，以调节转录反应。活性的与底物结合的Csx29复合物的低温电镜结构显示了一种异构激活机制，该机制在靶RNA结合时重组Csx29的催化残基。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上，论文标题为“RNA-activated protein cleavage with a CRISPR-associated endopeptidase”。这一发现揭示了自然界中的一种RNA引导功能，可用于体外和人类细胞中的RNA检测应用。

除了RNA引导的核酸酶活性外，CRISPR系统还包括多种增强或调节免疫功能的辅助蛋白。III-E型CRISPR-Cas7-11效应蛋白与CRISPR RNA（crRNA）和假定的蛋白酶Csx29结合，催化crRNA引导的RNA切割。

在第二项新的研究中，来自美国麻省理工学院和日本东京大学的研究人员发现III-E型CRISPR系统包括类似于半胱天冬蛋白酶（caspase）的蛋白酶Csx29，当Cas7-11识别靶RNA时，Csx29就被激活从而切割另一种称为Csx30的辅助蛋白。这种切割产生有毒的Csx30片段，据推测这些片段能抑制专门的σ因子RpoE，调节细菌对噬菌体感染的反应，并导致细菌生长停滞，从而清除噬菌体感染。相关研究结果发表在2022年11月26日的Science期刊上，论文标题为“RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease”。

他们还报告了Cas7-11-crRNA-Csx29复合物在靶RNA存在和不存在时的低温电镜结构，并证明靶RNA的结合会诱发Csx29的构象变化。生物化学实验显示Csx29对辅助蛋白Csx30的切割是靶RNA依赖性的。该系统在细菌中的重组显示对Csx30的切割产生了有毒的蛋白片段，导致生长停滞，这是由Csx31调节的。Csx30与Csx31和相关的σ因子RpoE结合，表明Csx30介导的σ因子RpoE抑制调节了细菌细胞对噬菌体感染的反应。我们对Cas7-11-Csx29-Csx30系统进行编程，用于哺乳动物细胞中可编程的RNA检测。这些发现扩大了CRISPR免疫反应的已知复杂性，使得对哺乳动物细胞中基于蛋白酶的可编程RNA检测成为可能。总体来说，Cas7-11-Csx29效应蛋白是一种RNA依赖性的核酸酶-蛋白酶。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jonathan Strecker et al. RNA-activated protein cleavage with a CRISPR-associated endopeptidase, Science, 2022, doi:10.1126/science.add7450.

Kazuki Kato et al. RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease, Science, 2022, doi:10.1126/science.add7347.