Cell雜志發(fā)表了國科大崗位教授王艷麗課題組關(guān)于Ⅵ型CRISPR-Cas系統(tǒng)的效應(yīng)蛋白C2c2的結(jié)構(gòu)研究。標(biāo)題為“Two Distant Catalytic Sites Are Responsible for C2c2 RNase Activities”。該研究解析了Leptotrichiashahii(Lsh)細(xì)菌中C2c2與crRNA(CRISPR-RNA)的二元復(fù)合物以及C2c2在自由狀態(tài)下的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了LshC2c2通過兩個(gè)獨(dú)立的活性結(jié)構(gòu)域來發(fā)揮其兩種不同的RNA酶切活性，這為研究C2c2發(fā)揮RNA酶活性的分子機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)。

　　CRISPR/Cas系統(tǒng)是古菌和細(xì)菌的抵抗病毒和質(zhì)粒侵染的重要免疫防御系統(tǒng)。CRISPR-Cas系統(tǒng)劃分為兩大類，第一大類CRISPR-Cas系統(tǒng)由多亞基組成的效應(yīng)復(fù)合物發(fā)揮功能;第二大類是由單個(gè)效應(yīng)蛋白(如Cas9, Cpf1, C2c1等)來發(fā)揮功能。其中，Cas9, Cpf1, C2c1均具有RNA介導(dǎo)的DNA核酸內(nèi)切酶活性。目前，Cas9和Cpf1蛋白作為基因組編輯工具被廣泛應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)基因編輯技術(shù)步驟繁瑣、耗時(shí)長、效率低等缺點(diǎn)，以其較少的成分、便捷的操作以及較高的效率滿足了大多數(shù)領(lǐng)域的基因編輯需求，并有著潛在且巨大的臨床應(yīng)用價(jià)值。

　　一種全新的第二類CRISPR-Cas系統(tǒng)-Ⅵ型系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)中的效應(yīng)蛋白被命名為C2c2。而后的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Ⅵ型CRISPR-Cas系統(tǒng)是一種新型靶向RNA的CRISPR系統(tǒng)，而C2c2是一種以RNA為導(dǎo)向靶向和降解RNA的核酸內(nèi)切酶，有望被開發(fā)作為RNA研究的工具，擴(kuò)展CRISPR系統(tǒng)在基因編輯方面的運(yùn)用。

　　王艷麗課題組通過深入的研究，解析了C2c2與crRNA的二元復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)以及C2c2蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了C2c2包含一個(gè)crRNA識別的葉片即REC葉片，和一個(gè)核酸酶葉片即NUC葉片。REC葉片包含NTD結(jié)構(gòu)域(N-terminal domain)和Helical-1結(jié)構(gòu)域，NUC葉片包含了兩個(gè)HEPN結(jié)構(gòu)域、Helical-2結(jié)構(gòu)域以及連接兩個(gè)HEPN結(jié)構(gòu)域的連接結(jié)構(gòu)域。負(fù)責(zé)切割前體crRNA和靶標(biāo)RNA的活性口袋分別位于Helical-1和HEPN結(jié)構(gòu)域上。crRNA的結(jié)合會引起C2c2蛋白的構(gòu)象變化，這種變化很可能會穩(wěn)定crRNA的結(jié)合，進(jìn)而對識別靶標(biāo)RNA起著重要作用。該研究通過結(jié)構(gòu)和生化研究揭示了C2c2剪切pre-crRNA以及切割靶標(biāo)RNA的分子機(jī)制，對認(rèn)識細(xì)菌抵抗RNA病毒入侵的分子基礎(chǔ)具有十分重要的意義。同時(shí)也為改造CRISPR-C2c2系統(tǒng)，為其在基因編輯領(lǐng)域的運(yùn)用提供了強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，有助于加速對病毒感染引發(fā)的疾病的理解、治療和預(yù)防。

　　國科大崗位教授王艷麗研究員為本文的通訊作者。王艷麗課題組的劉亮(博士后)為本文的第一作者，該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)的資助，上海同步輻射光源(SSRF)以及日本同步輻射光源SPring-8為該研究提供了重要的技術(shù)支持。