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        探索基因組編輯的新工具

        2016-05-30 02:55:28楊智
        科學(xué) 2016年3期
        關(guān)鍵詞:核酸酶凹槽課題組

        楊智

        [本刊訊]哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃志偉教授的課題組運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)研究手段,揭示了一種新的CRISPR基因修飾系統(tǒng)進(jìn)行分子識(shí)別與剪切的結(jié)構(gòu)及機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在Nature.2016,532:522-526。

        CRISPR是細(xì)菌或古菌用以識(shí)別入侵病毒遺傳物質(zhì)的短的核酸重復(fù)序列,它能與多種核酸酶(其中之一為Cas9)協(xié)同,起到識(shí)別并摧毀入侵病毒DNA的作用。已有研究發(fā)現(xiàn),CRISPR-Cas9系統(tǒng)可轉(zhuǎn)用于基因組編輯,成功實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)上的基因靶向修飾,效率大大超過以往的基因組編輯工具。2015年9月,又有研究發(fā)現(xiàn)了核酸酶Cpf1與CRISPR組成的CRISPR-Cpf1系統(tǒng),它比起CRISPR-Cas9有諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),可望發(fā)展成更加高效的基因組編輯工具。

        黃志偉課題組首先解析了結(jié)合CRISPR RNA(crRNA)的Cpfl復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Cpfl是呈三角形的單體,有一個(gè)帶正電荷的凹槽位于其中央。crRNA通過發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成高度扭曲的構(gòu)象,緊密結(jié)合于Cpfl的核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域。與底物DNA配對(duì)的crRNA 3末端位于Cpfl凹槽的一端。跟結(jié)合Cas9的情形十分不同,結(jié)合Cpfl的erRNA引導(dǎo)序列部分沒有電子密度,表明其在沒有底物結(jié)合的狀態(tài)下跟Cpfl的結(jié)合比較松散。crRNA的結(jié)合則使Cpfl發(fā)生顯著的構(gòu)象變化,而且僅僅crRNA的重復(fù)序列部分就能讓Cpfl的構(gòu)象發(fā)生巨大改變。結(jié)構(gòu)研究又顯示,Cpfl起核酸酶作用,它的3個(gè)關(guān)鍵催化殘基側(cè)鏈上的氮原子位于同平面,并與被處理位點(diǎn)的磷酸基團(tuán)形成氫鍵,提示Cpfl把crRNA前體剪切成crRNA是一個(gè)堿性催化的反應(yīng)。

        該項(xiàng)研究對(duì)于把CRISPR.Cpfl系統(tǒng)改造為特異高效的基因組編輯新工具,提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

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        課題組成員
        支點(diǎn)(2015年11期)2015-11-16 10:25:03
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