武汉病毒所邓增钦团队合作揭示新型CRISPR-Cas系统的分子机制

近日，天津医科大学基础医学院张恒团队与中国科学院武汉病毒研究所邓增钦团队合作在学术期刊Nature发表了题为“Structural basis for the activity of the type VII CRISPR-Cas system”的研究论文。该工作证实VII型CRISPR-Cas系统能够特异性识别细胞内转录本并靶向敲低基因表达，能够帮助宿主菌抵抗噬菌体的感染，是具有适应性免疫功能的CRISPR系统；进一步解析了该系统组装、识别和切割底物RNA的结构基础。

CRISPR-Cas是广泛存在于细菌和古菌中的抵抗病毒入侵的适应性免疫系统。目前，对I-VI型CRISPR-Cas系统的功能和机制研究比较深入。然而，对于近期发现的Ⅶ型CRISPR-Cas系统的生物学功能和分子机理尚不清楚。

为阐明VII型系统切割底物RNA的分子机制，并进一步探究其应用于基因编辑的可能性，合作团队对VII型系统复合体进行了生化表征及结构解析。该研究有以下主要发现：1. VII型系统复合体由7个Cas7蛋白、1个Cas5蛋白、4个Cas14蛋白以及crRNA和底物RNA构成；2. VII型系统通过一种独特的核酸酶Cas14四聚体特异性切割底物RNA；3. 底物靶序列两侧的序列 (protospacer flanking sequence ，PFS) 的存在往往限制了CRISPR工具对靶点的选择性，VII型系统的3’-PFS对底物切割无影响，而5’-PFS则可以通过增加VII系统复合体中Cas14的结合位点影响对RNA底物的切割。综上，该研究首次对VII型CRISPR-Cas系统的功能进行了表征，深入阐明了这一系统独特的组装机制、底物RNA识别和切割模式，为基于VII型CRISPR-Cas系统的RNA操控工具的设计与开发奠定了基础。

VII型CRISPR-Cas系统的工作机理

天津医科大学张恒教授和武汉病毒所邓增钦研究员为论文共同通讯作者。天津医科大学基础医学院杨洁博士、研究生李徐梓超、何秋秋、王枭燊、王童谣和武汉病毒所研究生唐晶晶为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、天津市科委基础研究项目和中国科学院院级人才项目的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07815-0