1月19日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）楊薈研究組、美國紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心Dinshaw J. Patel研究組和分子細(xì)胞卓越中心丁建平研究組合作，在國際學(xué)術(shù)期刊Molecular Cell在線發(fā)表題為“Structural basis for self-cleavage prevention by tag:anti-tag pairing complementarity in Type VI CRISPR-Cas systems”的論文，揭示了目標(biāo)RNA的anti-tag序列與crRNA重復(fù)區(qū)形成的RNA雙鏈抑制Cas13a活性的分子機(jī)制。
CRISPR-Cas13系統(tǒng)是細(xì)菌和古細(xì)菌中通過單個(gè)Cas蛋白降解外源入侵RNA的獲得性免疫系統(tǒng)，相應(yīng)的效應(yīng)蛋白Cas13在crRNA介導(dǎo)下序列特異性識別并切割單鏈RNA，被激活的同時(shí)還會非特異性切割周圍環(huán)境中的RNA。Cas13是近年來一種新興的RNA編輯工具，在不改變基因組序列的前提下，可以進(jìn)行RNA水平的敲低、RNA的定點(diǎn)編輯、RNA的定位等，在基因和RNA的功能研究、疾病診斷和靶向治療等方面有巨大的潛力和應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)目標(biāo)RNA靶向序列的下游可以與crRNA重復(fù)區(qū)的3’端（tag）連續(xù)配對時(shí)，對Cas13a的活性有顯著抑制作用，防止宿主細(xì)胞Cas13 系統(tǒng)的自我靶向，與tag區(qū)域配對的序列稱為anti-tag。
已有的研究闡明了Cas13a對目標(biāo)RNA特異性識別的分子機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)目標(biāo)RNA的裝載使HEPN結(jié)構(gòu)域從失活變?yōu)榧せ顮顟B(tài)。在此基礎(chǔ)上，研究人員首先對Leptotrichia shahii和Leptotrichia buccalis兩種Cas13a進(jìn)行體外酶活和體內(nèi)RNA干擾研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)目標(biāo)RNA存在5nt以上anti-tag序列時(shí)，Cas13a對目標(biāo)RNA和周圍環(huán)境中的RNA的切割活性顯著被抑制，對大腸桿菌細(xì)胞的RNA干擾活性也顯著降低。隨后，研究人員獲得了含有8nt長度anti-tag序列的RNA與LshCas13a復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)RNA的靶向區(qū)與crRNA間隔區(qū)形成RNA雙鏈，同時(shí)目標(biāo)RNA的anti-tag序列與crRNA的tag區(qū)形成的RNA雙鏈。與已有的結(jié)構(gòu)比較發(fā)現(xiàn)，含有anti-tag序列的目標(biāo)RNA的結(jié)合，引起Cas13a結(jié)構(gòu)域的相對移動，使Cas13a呈現(xiàn)出與正常目標(biāo)RNA裝載前后均不相同的構(gòu)象。Tag:anti-tag雙鏈的形成，阻礙了HEPN結(jié)構(gòu)域活性中心關(guān)鍵氨基酸的靠近，使HEPN結(jié)構(gòu)域保持失活狀態(tài)，從而抑制Cas13a對目標(biāo)RNA和周圍環(huán)境中RNA的切割活性，進(jìn)而影響在大腸桿菌細(xì)胞RNA干擾的效果。
該研究工作得到張江實(shí)驗(yàn)室國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施電鏡分析系統(tǒng)、南方科技大學(xué)冷凍電鏡中心、上?？萍即髮W(xué)冷凍電鏡中心、浙江大學(xué)冷凍電鏡中心、美國紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心電鏡平臺、國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施BL18U1和BL19U1線站的大力支持。
Anti-tag RNA的結(jié)合使HEPN結(jié)構(gòu)域處于失活狀態(tài)
