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cas13a 切割rna的分子机制

2018-03-02 09:29

CRISPR/Cas系统是原核生物抗免疫防御系统,是近年来发现的由小分子RNA介导的免疫系统。CRISPR-Cas系统分为两大类,Cas13a是第二大类VI型系统中的效应蛋白,亦称C2c2,具有RNA介导的RNA酶切活性,是目前第二大类CRISPR-Cas系统发现的唯一能够降解RNA的蛋白,在RNA技术中具有潜在的应用价值,对开发研究RNA工具,扩展CRISPR系统在基因编辑方面的运用具有重大价值。

为了研究Cas13a如何被激活来切割RNA,我们解析了与crRNA及其靶RNA结合的Leptotrichia buccalis(Lbu)Cas13a的晶体结构,以及LbuCas13a-crRNA复合物的cryo-EM结构。研究结果揭示了crRNA-靶RNA双链体结合在核酸酶(NUC)叶片的带正电的中心通道中,并且Cas13a蛋白和crRNA在靶RNA结合后发生显着的构象变化。指导目标RNA双链体形成触发HEPN1结构域向HEPN2结构域移动,激活Cas13a蛋白的HEPN催化位点,其随后以非特异性方式裂解单链靶标和旁系RNA.研究结果证实target RNA的结合导致LbuCas13a的两个HEPN结构域发生构象变化,从而激发LbuCas13a非特异性地切割任意单链RNA的酶切活性,该成果为研究Cas13a发挥RNA酶活性的分子机制提供了重要的结构生物学基础。该研究的发现为CRISPR-Cas13a系统的进一步开发提供了可靠的结构基础,对深入理解细菌抵御病毒入侵的分子机制提供了强有力的证据,并将对病毒引起的疾病的预防、检测、控制与治疗产生重大意义,特别是基于Cas13a高效的RNA酶切活性,对其应用于各类重大疾病的快速检测具有十分广阔的前景。