研究发现RNA互补抑制Cas13活性的分子机制

近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）研究员杨荟研究组、美国纪念斯隆凯特琳癌症中心教授Dinshaw J. Patel研究组和分子细胞卓越中心研究员丁建平研究组合作，在Molecular Cell上，在线发表了题为Structural basis for self-cleavage prevention by tag：anti-tag pairing complementarity in Type VI CRISPR-Cas systems的论文，揭示了目标RNA的anti-tag序列与crRNA重复区形成的RNA双链抑制Cas13a活性的分子机制。

CRISPR-Cas13系统是细菌和古细菌中通过单个Cas蛋白降解外源入侵RNA的获得性免疫系统，相应的效应蛋白Cas13在crRNA介导下序列特异性识别并切割单链RNA，被激活的同时会非特异性切割周围环境中的RNA。Cas13是新兴的RNA编辑工具，在不改变基因组序列的前提下，可以进行RNA水平的敲低、RNA的定点编辑、RNA的定位等，在基因和RNA的功能研究、疾病诊断和靶向治疗等方面具有潜力和应用前景。研究发现，当目标RNA靶向序列的下游可以与crRNA重复区的3’端（tag）连续配对时，对Cas13a的活性有显着抑制作用，防止宿主细胞Cas13 系统的自我靶向，与tag区域配对的序列称为anti-tag。

已有研究阐明了Cas13a对目标RNA特异性识别的分子机制，并发现目标RNA的装载使HEPN结构域从失活变为激活状态。在此基础上，科研人员对Leptotrichia shahii和Leptotrichia buccalis两种Cas13a进行体外酶活和体内RNA干扰研究，发现当目标RNA存在5nt以上anti-tag序列时，Cas13a对目标RNA和周围环境中的RNA的切割活性显着被抑制，对大肠杆菌细胞的RNA干扰活性显着降低。科研人员获得了含有8nt长度anti-tag序列的RNA与LshCas13a复合物的冷冻电镜结构，发现目标RNA的靶向区与crRNA间隔区形成RNA双链，同时目标RNA的anti-tag序列与crRNA的tag区形成的RNA双链。与已有结构比较发现，含有anti-tag序列的目标RNA的结合，引起Cas13a结构域的相对移动，使Cas13a呈现出与正常目标RNA装载前后均不相同的构象。Tag：anti-tag双链的形成，阻碍了HEPN结构域活性中心关键氨基酸的靠近，使HEPN结构域保持失活状态，抑制了Cas13a对目标RNA和周围环境中RNA的切割活性，影响在大肠杆菌细胞RNA干扰的效果。(生物谷Bioon.com）