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Cell:科学家首次观察到CRISPR-Cas3切割DNA关键步骤,防止脱靶或成可能

2017-11-26 来源:健客社区  标签: 掌上医生 喝茶减肥 一天瘦一斤 安全减肥 cps联盟 美容护肤
摘要:只有形成完整的R-环结构时,Cas3酶才可以在隆起处结合并切割DNA

 

 
 
  《转》译
 
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  日前,哈佛医学院和康奈尔大学的科学家首次观察到CRISPR复合物捕获DNA的细节,且揭示了其作用机制的关键步骤。研究结果于6月29日发表在Cell杂志,为提高CRISPR医学应用的效率和准确性提供了必要的结构数据。
 
  通过低温电子显微镜,研究人员首次观察到CRISPR复合物靶向目标DNA链,并准备通过Cas3酶切割DNA的全过程。研究人员说,这些高分辨率结构揭示了错误检测的过程,即一种分子冗余,可以防止意外的基因组损伤。
 
  CRISPR-Cas3是CRISPR-Cas系统的亚型,是生物医学研究中广泛应用的精密基因编辑分子工具。然而,在其作用机制方面,特别是如何捕获靶DNA,目前尚不清楚,意外脱靶效应是CRISPR-Cas治疗人类疾病的一大安全性问题。
 
  这些高分辨率结构细节阐明了使用CRISPR进行基因编辑时确保准确性并避免脱靶效应的方法。
 
  哈佛医学院细胞生物学助理教授兼该研究资深作者说:“要解决特异性问题,我们需要了解CRISPR复合物形成的每一关键步骤。我们的研究揭示了CRISPR捕获DNA的准确机制,从初始识别靶DNA以及靶向过程,使得DNA可以通过Cas3进行最终切割。”
 
  目标搜索
 
  CRISPR-Cas是一种适应性防御机制,细菌用来抵御病毒入侵。该过程涉及细菌捕获病毒DNA,然后将其整合到细菌基因组中,并产生称为crRNA(CRISPRRNA)的短RNA序列。这些crRNA片段用于发现“敌人”的存在。
 
  像条形码一样,crRNA被添加到CRISPR酶成员身上,它们具有监测外来代码的哨兵的功能。如果这些复合体遇到与其crRNA相匹配的遗传物质,则会切断该DNA使其无害化。
 
  为了更好地了解CRISPR-Cas的功能,研究团队专注于1型CRISPR,其为细菌中最常见的亚型,其利用称为CRISPR级联的蛋白复合物捕获DNA,酶Cas3用于切割外源DNA。
 
  眼见为实
 
  CRISPR-Cas3中,crRNA被添加到CRISPR蛋白复合物上,CRISPR复合物识别一种称为PAM的非常短的DNA序列,其指示外源病毒DNA的存在。
 
  研究团队发现,随着CRISPR蛋白复合物识别PAM序列,CRISPR使DNA形成一定角度的弯曲,迫使DNA的一小部分变松。从而使得11个核苷酸的crRNA片段与靶DNA结合,形成“气泡”。
 
  气泡作为一种故障安全机制来检查靶DNA是否与crRNA匹配。如果它们正确匹配,则气泡扩大,并且其余的crRNA与其相应的靶DNA结合,形成所谓的“R-环”结构。
 
  一旦R环结构完全形成,CRISPR级联复合体发生构象变化,将靶DNA锁定到位。它还在DNA的第二个非目标链上产生一个隆起,这是通过CRISPR级联复合体上的一个单独的位置实现的。
 
  只有形成完整的R-环结构时,Cas3酶才可以在隆起处结合并切割DNA。
 
  展望未来
 
  未靶向DNA的CRISPR级联复合物的结构先前已经被解析,但该研究首次揭示了气泡形成到R-环形成的全部过程,并且分辨率达到了3.3?。
 
  与手术刀般的Cas9相反,CRISPR-Cas3的作用就像一个切碎机。虽然目前CRISPR-Cas3作为一种精密基因编辑技术具有一定的局限性,但其正在被开发成为抵抗抗生素抗性菌株的工具。更好地了解其机制可能会扩大CRISPR-Cas3的潜在应用范围。
 
  此外,所有CRISPR-Cas亚型都形成某些版本的R环来检测靶DNA以方便下一步切割。此过程中关键结构的解析为研究人员修改多种类型的CRISPR-Cas系统提供了知识理论,以提高CRISPR-Cas系统的准确性并减少生物医学应用中的脱靶效应。
 
 
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