Science：重大进展！揭示CRISPR RNA引导的蛋白酶的作用机制，有望提供新的抗病毒工具和组织工程工具

在一项新的研究中，来自美国康乃尔大学、荷兰代尔夫特理工大学和韩国浦项科技大学的研究人员为一系列CRISPR系统提供了新的见解，这可能导致在动物和植物中有前途的抗病毒工具和组织工程工具。他们着重关注新发现的CRISPR RNA引导的Caspase（CRISPR RNA-guided Caspase, Craspase）系统。相关研究结果于2022年8月25日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Craspase is a CRISPR RNA-guided, RNA-activated protease”。论文通讯作者为康乃尔大学文理学院分子生物学与遗传学教授Ailong Ke博士和代尔夫特理工大学的Stan J.J. Brouns博士。

CRISPR-Cas系统是细菌中RNA引导的核酸酶，它在精确的位置切割病毒DNA或RNA靶标，以实现强大的基因组编辑应用。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）是一种蛋白酶家族，控制包括人类在内的动物体内的程序性细胞死亡。最近的一个发现是，类似于Caspase的蛋白可以与CRISPR-Cas关联在一起，这使科学界为之振奋。这种CRISPR引导的caspase被赋予了一个新的名字，即Craspase。

Ke说，“一方面，这种关联是完全出乎意料的，它指出了细菌中新的抗病毒作用模式。另一方面，我们可以利用这样一个系统来开发许多生物技术和治疗应用，如果我们了解这个分子机器内部的所有小组件。”

在这篇论文中，这些作者使用针对Craspase系统的低温电镜图来解释它们如何切割靶RNA并激活可以分解蛋白的蛋白酶。

Ke说，“这些低温电镜图导致了一部高清晰度的分子电影。通过来回观看，我们准确地知道Craspase是如何识别RNA靶标的，这又是如何激活蛋白酶的，这种活性持续多长时间，以及什么最终关闭了这种蛋白酶的活性。关于如何从这个平台汲取力量的想法开始涌入。”

论文共同第一作者、Ke实验室博士后研究员Chunyi Hu说，人们对Craspase系统有着巨大的兴趣。Hu说，“存在大量的竞争。我们和我们的荷兰合作者把我们的力量集中起来，日夜工作以解决这个难题。这个过程拥有令人兴奋的潜力，因为Craspase的输出是蛋白而不是DNA降解。”

图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.add5064。

Ke说，“对于其他CRISPR技术，人们担心我们用来编辑DNA的酶是否足够安全，是否可能有附带损害，即脱靶效应。有了Craspase，我们可以实现许多相同的有益治疗结果，而不必担心我们基因组的安全。”

Ke说，在这篇论文中报告的研究工作也有助于科学家们了解Craspase在细菌细胞内的作用。Ke说，“我们的合作者的研究工作已表明，它就像一个主开关---蛋白水解切割在细菌细胞中引发了一连串的事件，很可能最终杀死了它们。我们在这项新的研究中得到了部分答案。我们仍在调查。”

这项新研究还将帮助科学家们了解人类细胞途径中的程序性细胞死亡与细菌细胞途径中的相同过程之间的相似性。Ke说，“我们意识到相同的一组蛋白酶（caspase）正在控制两个生命王国中的程序性细胞死亡途径，。这项观察揭示了这一途径是多么根深蒂固。”

除了深入探究这一过程的功能方面，Ke说，而且他们将进入应用方面，这可能包括动物组织工程和农业工程。Ke说，“我希望更多的科学家们能够探究这个系统的潜力并加入进来。我们都认为CRISPR引导的核酸酶是一种治愈遗传疾病的工具，但是CRISPR引导的蛋白酶可能以更广泛的方式对生物学产生影响。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Chunyi Hu et al. Craspase is a CRISPR RNA-guided, RNA-activated protease. Science, 2022, doi:10.1126/science.add5064.