刚发完Nature，张锋团队再取进展

iNature

典型的原核I型CRISPR-Cas适应性免疫系统包含一个称为Cascade的多组分效应复合物，该复合物通过Cas3解旋酶-核酸酶活性降解大量DNA。最近，一种高度精确的I-F1 CRISPR-Cas系统(HNH-Cascade)被发现缺乏Cas3，其缺失通过在Cas8 Cascade组件中插入HNH内切酶结构域来补偿。

2024年8月6日，博德研究所张锋团队在Molecular Cell 在线发表题为”Structural determinants of DNA cleavage by a CRISPR HNH-Cascade system“的研究论文，该研究描述了Selenomonas sp. HNH-Cascade (SsCascade)与靶DNA复合物的冷冻电镜结构，并表征了其作用机制。

级联支架由HNH结构域补充，形成一个环状结构，其中未缠绕的目标DNA被精确地切割。这种结构可视化了两个可扩展生物系统的独特混合-cascade，可编程DNA效应物的进化平台，和HNH核酸酶，具有酶活性谱的自适应结构域。

另外，2024年6月11日，哈佛医学院/麻省理工学院/博德研究所张锋等团队合作在Mobile DNA在线发表题为“Internal initiation of reverse transcription in a Penelope-like retrotransposon”的研究论文，该研究利用从大肠杆菌中纯化的蛋白质，报道了从青色变色蜥(Anolis carolinensis)中提取的PLE的独特体外特性，揭示了其他逆转录转座子所不具有的机制方面。该研究发现逆转录是在转座子RNA的两个相邻位点上启动的，这两个位点与被切割的DNA不同源，这一特征反映在基因组的“尾巴”特征中，这是PLE之间共有的和独特的。该研究首次在体外激活了PLE，为理解PLE的动员和生物学提供了一个起点（点击阅读）。

2024年5月29日，东京大学Osamu Nureki及博德研究所张锋等团队合作在Nature 在线发表题为“Structural basis for pegRNA-guided reverse transcription by a prime editor”的研究论文，该研究展示了SpCas9-M-MLV RTΔRNaseH-pegRNA-target DNA复合物在多种状态下的冷冻电镜结构。终止结构以及功能分析表明，M-MLV RT将逆转录延伸到预期位点之外，导致支架衍生的结合，从而在目标位点上引起不希望的编辑。对起始前、起始和延伸状态的结构比较表明，M-MLV RT在逆转录过程中相对于SpCas9保持一致的位置，而pegRNA合成的DNA杂化双链则沿着SpCas9表面建立。在结构见解的基础上，该研究合理地设计了pegRNA变体和先导编辑变体，其中M-MLV RT融合在SpCas9中。总的来说，该研究结果提供了对先导编辑逐步机制的结构性见解，并将为开发多功能先导编辑工具箱铺平道路（点击阅读）。

原核生物中的CRISPR-Cas系统是一组不同的系统，它们介导RNA引导的适应性免疫，靶向病毒和其他具有可变生物学后果(如核酸切割和降解)的外来核酸。这些系统中最普遍的(约60%)是I型CRISPR-Cas系统，它利用多种Cas蛋白组装成一个含有crRNA的复合物，称为Cascade。在典型的I型系统中，内切酶解旋酶Cas3是级联中的催化模块，介导DNA降解。

最近的一项研究报道了I型系统的一种新的变体，与I-F亚型有关，由Cas5f1/6f/7f1/8f1(以前称为Csy2/4/3/1，为简单起见称为Cas5/6/7/8)和CRISPR RNA (crRNA)组成，但缺乏Cas3。此外，在Cas8的C端插入了一个HNH内切酶结构域。先前的研究表明，这种系统被称为HNH-Cascade，以依赖于cas8 -HNH的方式切割双链和单链DNA。

文章模式图（图源自Molecular Cell ）

在II型CRISPR-Cas系统的单效应模块Cas9中也可以看到HNH介导的DNA切割。Cas9切割双链DNA，利用HNH结构域切割目标链(TS)，利用RuvC核酸内切酶结构域切割非目标链(NTS)。然而，HNH-Cascade的DNA靶向和切割机制尚不清楚。为了阐明其作用机制，研究人员测定了Selenomonas sp. HNH-Cascade (SsCascade)与靶DNA复合物的冷冻电镜结构，揭示了环状核糖核蛋白结构。该研究还进行了生化实验来剖析这个不寻常系统的活动。

参考消息：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(24)00624-5

—END—

内容为【iNature】公众号原创，

转载请写明来源于【iNature】

微信加群

iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。

投稿、合作、转载授权事宜

请联系微信ID：13701829856 或邮箱：[e-mail]

觉得本文好看，请点这里！