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哈尔滨工业大学Nature发表CRISPR研究重要成果

来源/作者:alax   发表时间:2016-04-22 14:08:18  
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  来自哈尔滨工业大学、清华大学的研究人员报告称,他们获得了Cpf1/CRISPR RNA复合物的晶体结构。这一重要的研究成果发布在4月20日的《自然》(Nature)杂志上。

 

来自哈尔滨工业大学、清华大学的研究人员报告称,他们获得了Cpf1/CRISPR RNA复合物的晶体结构。这一重要的研究成果发布在4月20日的《自然》(Nature)杂志上。

领导这一研究的是哈尔滨工业大学生命科学与技术学院的黄志伟(Zhiwei Huang)教授。其主要研究方向为结构分子生物学与天然免疫信号转导。2011年当选教育部“新世纪优秀人才”。

2014年,黄志伟教授领导哈尔滨工业大学的研究人员与清华大学合作,揭示了HIV-1病毒的Vif调控蛋白如何结合到重要的宿主细胞配体和靶标上,最终除去感染细胞的限制因子的机制。这一重要的研究发现发表Nature杂志上,为设计出新型的抗HIV药物奠定了理论基础。

在将源自入侵物的DNA短片段(protospacer)整合到宿主基因组的CRISPR阵列中去之后,前体crRNAs表达及加工会生成成熟crRNAs。成熟crRNAs随后可以引导效应蛋白——大Cas蛋白(2类CRISPR系统)或Cas蛋白质复合物(1类CRISPR系统)靶向及切割携带互补序列的外源DNAs(或RNAs)。2类CRISPR系统的典型代表包括特征明确的CRISPR–Cas9。组合来自化脓性链球菌的Cas9(SpyCas9)及一条合成单向导RNA (sgRNA),已被利用来作为一种两元件可编程系统实现对各种生物的遗传操控。

在2015年发表于Cell杂志上的一项研究中,哈佛-麻省理工Broad研究所的张锋及其同事们报告称发现了一种不同的CRISPR系统:CRISPR–Cpf1,其有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。他们描述了这一新系统一些出乎意外的生物学特征,证实可以操控它来编辑人类细胞基因组。尽管在功能上保守,Cpf1与Cas9在许多方面都存在差异,包括它们的向导RNA及底物特异性。

在这篇Nature文章中,作者们报告称获得了结合CRISPR RNA (crRNA)的毛螺科菌(Lachnospiraceae bacterium) ND2006 Cpf1 (LbCpf1)的晶体结构,分辨率达到2.38埃(Å)。他们发现LbCpf1具有一种三角形体系结构,中心有一个大的正电荷通道。被LbCpf1的寡核苷酸结合结构域所识别,crRNA采用了一种高度扭曲的构象,广泛的分子内互作和(Mg(H2O)6)2+离子对这一构象起稳定作用。LbCpf1的寡核苷酸结合结构域还包含一个环凸(looped out)螺旋结构域,其对于LbCpf1底物结合至关重要。结合crRNA或缺乏向导序列的crRNA均可诱导LbCpf1显著的构象改变,但不能诱导LbCpf1低聚化。

新研究揭示出了crRNA的识别机制,提供了crRNA引导LbCpf1底物结合的一些新见解,为设计改造LbCpf1提高基因编辑的效率和特异性建立了一个框架。

推荐原文摘要:

The crystal structure of Cpf1 in complex with CRISPR RNA

The CRISPR–Cas systems, as exemplified by CRISPR–Cas9, are RNA-guided adaptive immune systems used by bacteria and archaea to defend against viral infection1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. The CRISPR–Cpf1 system, a new class 2 CRISPR–Cas system, mediates robust DNA interference in human cells1, 8, 9, 10. Although functionally conserved, Cpf1 and Cas9 differ in many aspects including their guide RNAs and substrate specificity……

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