Science

植物&动物 | 生态&环境 | 大脑&行为 | 健康 | 技术 | 科学&政策 | 进化 | 古生物学 | 细胞 | 分子 | 基因&蛋白 | 遗传&发育 | 生物化学 | 生物物理 | 免疫 | 人物&事件 | 微生物学 |
当前位置: Science » 基因&蛋白 » Science:CRISPR先驱再发重量级成果

Science:CRISPR先驱再发重量级成果

摘要 : 在一月十五日发表在Science杂志上,加州大学伯克利分校的科学家们经过深入研究,揭示了CRISPR-Cas9准备剪切DNA时的关键分子结构,达到了3.4 Å的超高分辨率。

在一月十五日发表在Science杂志上,加州大学伯克利分校的科学家们经过深入研究,揭示了CRISPR-Cas9准备剪切DNA时的关键分子结构,达到了3.4 Å的超高分辨率。文章的通讯作者是加州大学伯克利分校的Eva Nogales和Jennifer A. Doudna。

CRISPR-Cas原本是细菌抵御病毒的重要武器,现在它已经成为了基因组编辑的强大工具。风头正劲的CRISPR-Cas不仅操作简便,而且还有着很强的可扩展性,被广泛应用到各种生物中,催生了大量的研究成果。不过,人们还不完全清楚CRISPR-Cas的作用机制,这无疑是该技术进一步发展的一大障碍。

加州大学伯克利分校的科学家们为此展开了深入研究,揭示了CRISPR-Cas9准备剪切DNA时的关键分子结构,达到了3.4 Å的超高分辨率。这项研究于一月十五日发表在Science杂志上,文章的通讯作者是加州大学伯克利分校的Eva Nogales和Jennifer A. Doudna。

在CRISPR-Cas系统中,Cas蛋白与小CRISPR RNA(crRNA)形成复合体,切割与RNA互补的外源DNA。R-loop形成是I型和 II型CRISPR-Cas的一个典型特征,crRNA的引导部分侵入DNA双螺旋,与靶DNA形成RNA–DNA杂交螺旋,同时置换靶DNA的互补链。在CRISPR-Cas9基因组编辑中广泛使用的sgRNA就会和Cas9形成这种R-loop。

为了阐明R-loop的作用,研究人员通过冷冻电镜(cryo-EM)获得了酿脓链球菌Cas9 R-loop的高分辨率结构。不久之前,冷冻电镜还不是大多数结构生物学家们的第一选择。随着硬件设备、软件算法等方面的突破,现在冷冻电镜已经成为了X射线晶体衍射的有力竞争者,不仅在分辨率上能够与之匹敌,还适用于难以结晶的大分子。这一技术为结构生物学和药物研发领域带来了一场革命。

R-loop互作发生在与引导RNA互补并且具有短PAM模体的靶DNA序列上,Cas9通过HNH和RuvC核酸酶结构域在PAM上游剪切双链DNA。研究显示,被RNA取代的DNA链位于RuvC结构域的活性位点附近。蛋白与DNA的互作进一步将HNH结构域安置在靶DNA链的切割位点附近。Cas9使DNA螺旋弯曲30°,为R-loop形成提供必要的结构扭曲。

这项研究的领导者Jennifer A. Doudna是CRISPR技术的共同开发者,曾因这一技术获得了“生命科学突破奖”(Breakthrough Prize),是CRISPR专利的有力竞争者。近年来,Doudna一直致力于探索CRISPR-Cas系统的具体作用机制,取得了极为丰硕的成果。

2015年4月2日Doudna领导的研究团队在Science杂志上发表文章,为人们揭示了CRISPR-Cmr 复合体结合靶标的具体机制。他们通过冷冻电镜技术获得了天然III型Cmr复合体及其与目标RNA结合时的分子结构,获得了接近原子水平的高分辨率。

2015年10月28日,Doudna及其同事在Nature杂志上发表文章指出,Cas9 的HNH核酸酶结构域构象状态直接控制了DNA切割活性。他们通过分子内荧光共振能量转移(FRET)实验,鉴定了HNH核酸酶结构域的一种激活构象。研究还证实,一个α-螺旋将HNH的构象改变传达给RuvC结构域,激活它实现DNA切割。

2015年11月12日,Doudna等人在Science杂志上为人们展示了Cas9识别基因组靶标的重要机制。研究显示,Cas9的搜索和快速“跳过”机制是确保CRISPR作用的前提。这一发现将有助于进一步完善CRISPR基因编辑技术。

原文链接:Structures of a CRISPR-Cas9 R-loop complex primed for DNA cleavage

来源: Science 浏览次数:0

我们欢迎生命科学领域研究成果、行业信息、翻译原创、实验技术、采访约稿。-->投稿

RSS订阅 | 生物帮 | 粤ICP备11050685号-3 ©2011-2014 生物帮 Science  All rights reserved.