【Cell Research】哈工大黄志伟团队首次解析CRISPR引导的caspase复合物分子结构

2022年10月24日，哈尔滨工业大学黄志伟团队在《Cell Research》杂志上发表了研究论文，该研究报告了CRISPR III-E型效应器与TPR-CHAT结合的结构，为阐明CRISPR- Cas系统与caspase肽酶之间的功能关系提供了重要线索。

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00738-3

抑制γ-分泌酶活性策略显示严重副作用

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CRISPR序列是由可以感染原核生物的噬菌体DNA片段衍生来的。它可以检测并摧毁能引起相似感染的其他噬菌体中相似的DNA，因此对原核生物抗噬菌体至关重要。它是由富含AT-的前导序列与跟随其后的，被短重复序列隔开的特殊间隔序列所组成。这些短序重复序列一般由28-37个碱基对组成，其中一些表现出二分对称性。

Cas是一种核酸内切酶。可以利用CRISPR序列中间隔序列对应的RNA指引，识别并且切割特定与其序列互补的DNA链。

CRISPR-Cas基因座由两部分组成:CRISPR和Cas基因。根据最新的系统发育分类，CRISPR-Cas系统可分为两类，再细分为六类。第1类CRISPR-Cas系统以多蛋白效应器为特征，由I型、III型和IV型CRISPR-Cas系统组成。第2类CRISPR-Cas系统以单个核酸酶蛋白为特征，由II型、V型和VI型CRISPR-Cas系统组成。最近，CRISPR-Cas的一种新的亚型，III-E型被鉴定出来并命名为gRAMP7或Cas7-11。

研究过程

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与传统III型CRISPR-Cas系统的效应子不同，gRAMP是一个由4个Cas7蛋白和1个Cas11蛋白融合在一起的单一效应子蛋白。由于其独特的结构和特定的切割活性，gRAMP有望被设计成一种强大的RNA编辑工具。TPR-CHAT与gRAMP直接相互作用，表明CRISPR-Cas系统与caspase肽酶之间存在功能关系。然而，念珠菌中，gRAMP识别和切割目标ssRNA的确切机制，以及CRISPR引导的caspase复合物的分子结构尚不清楚。

在这项研究中，研究人员测定了III-E型效应器Sb-gRAMP–crRNA与TPR-CHAT复合物有和没有靶ssRNA的结构的冷冻电子显微镜结构，分辨率分别为3.0 Å和2.9 Å。得到的图谱帮助构建gRAMP–crRNA–ssRNA–TPR-CHAT复合物的全新模型。结构表明，gRAMP - crRNA - ssRNA - TPR-CHAT复合体的整体结构采用“L”形构象，由一个gRAMP、一个TPR-CHAT、一个37-nt crRNA和一个18-nt靶ssRNA组成。

研究意义

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进一步研究表明，gRAMP - crRNA - ssRNA - TPR-CHAT的长度和宽度分别约为145 Å和96 Å。gRAMP由一个Cas11域和四个Cas7域组成。4个Cas7结构域沿crRNA一侧堆叠，形成细丝。在gRAMP中的Cas7结构域显示出类似于III-A型Csm3和III-B型Cmr4中观察到的RRM折叠。与III-A型Csm2和III-B型Cmr5结构相似，在gRAMP中Cas11结构域呈现螺旋束构象，一侧有3个α-螺旋，另一侧有2个α-螺旋。III-E型效应器系统的结构与III-A型和III-B型效应器系统明显不同。Cmr/Csm综合体的整体结构呈现出胶囊状的架构。

这些结果提供了Caspase体系结构的原子视图。结合诱变实验和结构信息，可以进一步确定靶ssRNA裂解的gRAMP中的两个催化残基。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00738-3

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。