JEOL冷冻电镜助力天津医科大学张恒和武汉病毒研究所邓增钦合作团队解析III-E CRISPR-Cas系统的蛋白酶活性与调控机制

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    近日，天津医科大学基础医学院张恒团队联合中国科学院武汉病毒所邓增钦团队在Nucleic Acids Research期刊上发表题为Target RNA-guided protease activity in type III-E CRISPR–Cas system的研究论文。

Csx29是由III-E型位点中的常见基因编码的一种半胱天冬酶样蛋白（Caspase-like protein），Cas7-11能与其相互作用，形成由CRISPR引导的Caspase复合物(Craspase)，这表明RNase与III-E型系统中蛋白酶活性之间存在着功能联系。该团队在之前的研究成果上进行了进一步的研究（前期成果发表在Nature Microbiology）。作者先是通过大量体外生化实验找到Csx29的切割底物Csx30并阐明了Csx29的蛋白水解活性机制。在实验过程中作者发现虽然同源target RNA（CTR）识别会激活Csx29，但具有互补的3''anti-tag序列的非同源target RNA（NTR）却会抑制酶活性。通过使用JEOL冷冻电镜（JEM-Z300FSC）解析Craspase复合物分别结合CTR和NTR的冷冻电镜结构发现位于重复序列3′末端的前两个核苷酸与NTR互补时会阻碍Csx29发生构象变化，从而也使得Csx29不能暴露其催化口袋，进而抑制其蛋白酶活力（图1）。这一机制与典型的III-A/B型CRISPR-Cas系统类似，可能有助于III-E型系统更好地识别"自我"和"非我"RNA。

图1 Craspase复合体分别结合CTR和NTR的结构比较

综上所述，这些发现阐明了Cas效应子与辅助蛋白酶Csx29之间的功能关系并为III-E型CRISPR-Cas系统抵御病毒的机制提供了新见解。作者的研究将RNA和蛋白质联系在一起，为开发由RNA靶向的蛋白质编辑工具和利用RNA进行体外检测提供理论基础和方向。

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