Cell:CRISPR-Cas系統切割RNA研究中獲重要進展

7月27日，國際**期刊《細胞》（Cell）雜志在線發表了中國科學院生物物理研究所王艷麗組和章新政組在VI型CRISPR-Cas系統效應蛋白Cas13a（亦稱C2c2）結構研究中取得的新進展。該研究成功解析了Leptotrichia buccalis (Lbu)**中Cas13a與crRNA (CRISPR-RNA)及其target RNA三元復合物3.08？的晶體結構、Cas13a與crRNA二元復合物3.2？的電鏡結構。研究結果證實，target RNA的結合導致LbuCas13a的兩個發揮RNA干擾功能的HEPN結構域發生構象變化，從而激發LbuCas13a非特異性地切割任意單鏈RNA的酶切活性。該成果為研究Cas13a發揮RNA酶活性的分子機制提供了重要的結構生物學基礎。該研究是王艷麗課題組繼今年1月于《細胞》**報道Leptotrichia shahii（Lsh）**中Cas13a與crRNA二元復合物以及Cas13a自由狀態下的晶體結構后的又一重大突破。

幾乎所有的古菌和約50%的**都具有CRISPR-Cas系統，用以抵抗病毒和質粒的侵染。CRISPR-Cas系統分為兩大類，Cas13a是**大類VI型系統中的效應蛋白，具有RNA介導的RNA酶切活性，是目前**大類CRISPR-Cas系統發現的**能夠降解RNA的蛋白（Cas9， Cpf1， C2c1均是RNA介導的DNA核酸內切酶），對開發研究RNA工具，擴展CRISPR系統在基因編輯方面的運用具有重大價值。

在該研究中，研究人員利用X-ray晶體學的方法成功解析了LbuCas13a-crRNA-target RNA的三元復合物結構（3.08？）。通過冷凍電鏡技術，獲得了3.2？ LbuCas13a-crRNA的二元復合物結構。結構顯示，Cas13a具有REC和NUC兩個葉片，其中NUC葉片包含兩個HEPN結構域、Helical-2結構域以及連接兩個HEPN結構域的連接結構域，兩個HEPN結構域組成了Cas13a切割target RNA的活性區域。crRNA識別序列互補的目的RNA，并與之結合形成雙鏈RNA并被NUC葉片包圍。同時，雙鏈RNA的形成引起crRNA和Cas13a蛋白的構象變化，促使兩個HEPN結構域相互靠近，進而激活Cas13a蛋白。研究人員通過結構和功能研究證明，由crRNA和target RNA激活的Cas13a能切割任意單鏈的RNA。

該研究發現為CRISPR-Cas13a系統的進一步開發提供了可靠的結構基礎，對深入理解**抵御病毒入侵的分子機制提供了強有力的證據，并將對病毒引起的**的預防、檢測、控制與**產生重大意義，特別是基于Cas13a高效的RNA酶切活性，在應用于各類重大**的快速檢測具有十分廣闊的前景。

王艷麗和章新政為本文的共同通訊作者。王艷麗組的博士后劉亮、碩士研究生李雪巖、工作人員李宗強及章新政組的副研究員馬軍為本文的共同**作者。該研究得到科技部、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）以及“國家青年千人項目”的資助，上海同步輻射光源（SSRF）、日本同步輻射光源SPring-8以及生物物理所生物成像中心為該研究提供了重要的技術支持。

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