Science：重大进展！发现一种新型的切割RNA的III型CRISPR-Cas系统

2021年8月28日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，荷兰代尔夫特理工大学的Stan Brouns博士及其研究团队发现了一种新型的可以切割RNA的III型CRISPR-Cas系统。这一发现预计将为基因研究和生物技术的新应用开发提供许多机会。相关研究结果于2021年8月26日在线发表在Science期刊上，论文标题为“The gRAMP CRISPR-Cas effector is an RNA endonuclease complexed with a caspase-like peptidase”。

对抗病毒的免疫系统

正如冠状病毒能使人生病一样，有许多病毒只针对细菌。在几十亿年的进化过程中，细菌已经发展出多种巧妙的免疫系统来抵御病毒感染。III型CRISPR-Cas系统就是这样的一种免疫系统，在过去10年中获得了很多关注。它在原核生物中广泛存在，一般由多亚基效应复合物介导。这些复合物识别互补的病毒转录本，并能激活辅助免疫蛋白。

在这项新的研究中，这些作者描述了来自Candidatus “Scalindua brodae”的III-E型效应物，称为Sb-GRAMP，它由一个具有几个III型结构域融合在一起的单个基因天然编码。这种效应物使用CRISPR RNA（crRNA）来引导靶RNA的识别，并在相隔6个核苷酸的两个确定的位置切割单链RNA。耐人寻味的是，Sb-GRAMP与caspase-like TPR-CHAT肽酶物理结合，形成Craspase（CRISPR引导的Caspase）复合物，从而提出了靶RNA诱导蛋白酶活性以获得病毒免疫的潜在机制。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abk2718。

Brouns说，“自2006年以来，我们一直试图了解CRISPR-Cas系统，并且不断发现CRISPR-Cas的新变体，可以用于重要的应用。例如，CRISPR-Cas9允许对细胞中的DNA进行非常精确的编辑。这在研究界掀起了一场真正的革命，例如在研究遗传性疾病方面。CRISPR-Cas系统也被证明是众所周知的PCR检测冠状病毒的一种令人关注的替代选择。我们如今发现的这种新的III型CRISPR-Cas系统不是在DNA上起作用，而是在RNA上起作用，这提供了一系列新的可能性。”

独特的功能

论文第一作者、Brouns实验室博士生Sam van Beljouw说，“这种新型的III型CRISPR-Cas系统具有一些我们以前没有见过的独特的生物特性。例如，它由一种结合了五个以上的小CRISPR-Cas蛋白的功能的大蛋白组成。这种蛋白质在两个预设的位点切割入侵病毒的RNA，从而破坏RNA并给予病毒第一次打击。此外，该蛋白质与一种通常参与人类细胞死亡的蛋白质非常相似。这可能意味着，当只破坏病毒的RNA不足以提供保护时，细菌就会启动自杀。”

第二次打击：细菌自杀

尽管单细胞细菌的自杀行为听起来很矛盾，但它仍然可以给细菌带来很大的好处。van Beljouw说，“病毒需要活的细菌来增殖并传播给周围的细菌。如果被感染的细菌自我杀死，它就会阻止新病毒颗粒的产生。这就保护了被攻击的细菌的兄弟姐妹们。可以说，细菌是为了更大的利益而牺牲自己。”

尽管仍然需要开展大量的研究来解开所有的细节，但Brouns预计，他们的发现可以转化为有用的应用。Brouns说，“我们预计这种新的CRISPR蛋白可以作为分子精密剪刀来切割RNA。我们还看到了将CRISPR蛋白转化为一种开关的可能性，我们可以用它在真正需要的时候来激活分子，比如一种生物活性化合物。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sam P. B. van Beljouw et al. The gRAMP CRISPR-Cas effector is an RNA endonuclease complexed with a caspase-like peptidase. Science, 2021, doi:10.1126/science.abk2718.