《分子细胞》：“蛋白质剪刀”！最新CRISPR-Cas10系统面世

CRISPR-Cas系统有助于保护细菌免受病毒侵害。在细菌中发现了几种不同类型的CRISPR-Cas防御系统，它们的组成和功能各不相同。其中，目前研究最多的蛋白质是Cas9和Cas12，也被称为DNA或“基因剪刀”，它们彻底改变了基因组编辑领域，使科学家能够编辑基因组并精确纠正致病突变。

维尔纽斯大学生命科学中心生物技术研究所的研究人员Dalia smalakytkv、Giedrius Sasnauskas博士和Gintautas Tamulaitis博士等人揭示了在细菌中发现的CRISPR-Cas“蛋白质剪刀”的结构，并提供了它们如何发挥作用的机制细节。他们的研究结果发表在著名的、被高度引用的杂志《分子细胞》上。

Tamulaitis博士领导的一个研究小组正在研究细菌防御系统CRISPR-Cas10，它起到了传感器的作用。当病毒攻击细菌时，它通过合成一种称为环寡腺苷酸的独特信号分子来发送“信息”。这些信号分子被不同的效应器识别，即系统中的辅助蛋白，增强细菌对病毒的防御。最近的一项计算分析预测，CRISPR-Cas10效应物可能具有多种酶活性，允许细菌以多种方式保护自己免受病毒的侵害。

环状低聚腺苷酸的发现和对CRISPR-Cas10机制的理解引发了极大的科学兴趣，并在信号通路研究方面取得了突破。最近，在其他细菌防御系统中也发现了类似的保护原理:CBASS、Pycsar和Thoeris。Tamulaitis博士解释说:“在这项研究中，我们研究了由CRISPR-Cas10信号分子激活的CalpL-CalpT-CalpS三方效应，我们解释了这个复杂系统是如何工作的以及它是如何被调节的。”

CalpL-CalpT-CalpS效应蛋白由三种关键蛋白组成:CalpL，作为信号识别的“蛋白质剪刀”;CalpS，一种调节基因表达的蛋白质;和CalpT, CalpS蛋白的抑制剂。维尔纽斯大学的研究人员使用了生化、生物物理、细菌存活率分析和低温电子显微镜(cryo-EM)的组合来研究这个系统。

他们发现，当CalpL结合一个病毒感染的信号分子时，它会形成一个组成可变的聚合丝。纤维结构允许CalpT- calps异源二聚体附着，将“剪刀”CalpL的活性中心定位在抑制剂CalpT附近，并使其能够切割。一旦CalpT被切割，CalpS就会从异源二聚体中释放出来，并可以调节基因表达以保护细菌免受病毒感染。

该研究的作者之一Dalia smalakytnik指出，CRISPR-Cas“蛋白质剪刀”的活性在时间上受到严格调控。“蛋白质剪刀”有一个内部计时器机制，在信号分子结合和纤维形成时被激活。与其他类似的信号传感效应蛋白相比，这种机制是独特的。

新发现的CRISPR-Cas10系统机制说明了细菌防御系统的复杂性。这些研究为受调控的CRISPR-Cas“蛋白质剪刀”作为感染的分子指标的实际应用铺平了道路。

《分子细胞》是“细胞出版社/爱思唯尔”的旗舰科学期刊之一，发表分子生物学方面的杰出研究。