“RNA魔剪”新成员“面纱”揭开 定位病变细胞更精准

时间:2019-08-05 来源: 专栏
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CRISPR-Cas13系统能够靶向编辑RNA,被称对于“RNA魔术剪刀”。随着科学家加深研究,他们的家庭成员也在增长。最近,《自然·通讯》发表的结果揭开了“RNA Magic Clipper”家族“CRISPR-Cas13d”中最年轻成员的神秘面纱。

这项成就来自福建师范大学欧阳松英教授的团队。研究小组分析了Cas13d蛋白(UrCas13d)的高分辨率晶体结构和瘤胃球菌crRNA二元复合物,揭示了UrCas13d处理前体crRNA的酶活性关键位点,并鉴定了crRNA和靶向RNA的间隔序列。之前没有研究过失配耐受性等。

“这就像飞机设计工程师获得设计和建造飞机的图纸和程序,为修理或设计更好的飞机提供了蓝图。”欧阳松应该说这是编辑和测试Cas13d作为核酸的另一个工具。编辑和测试工具。并发挥其应用潜力,解决人类疾病和健康等问题,提供坚实的结构基础和理论基础。

“RNA Magic Shear”具有很大的潜在应用

CRISPR-Cas系统是原核生物(细菌和古细菌)的免疫防御系统。该系统表达非编码RNA(crRNA)及其相关Cas蛋白的复合物,使原核生物能够识别和“扫描”侵入噬菌体以保持其纯度的核酸材料(DNA或RNA)。 “,在原核生物的进化中起着重要作用。

“由于精确靶向切割特定核酸序列的能力,CRISPR-Cas系统已被开发为有效的基因编辑工具,用于精确鉴定和切割遗传物质DNA或RNA上的核酸序列依赖性信息。 “欧阳松应该说,着名的CRISPR-Cas9系统可以有效地编辑DNA序列,纠正个体细胞的遗传缺陷,为许多遗传病和罕见病带来希望。该系统已从实验室进行了研究。该阶段进入临床研究阶段,具有治愈或预防多种人类疾病的潜力。

近年来,由于生物研究和医学领域的巨大应用潜力,已发现并报道了一种可专门针对RNA检测和编辑的CRISPR-Cas系统,命名为Cas13(包括a,b,c,d)四个家庭成员)制度。这种用于RNA的编辑工具调节RNA水平的基因功能,而不会导致基因本身的永久性变化。

2018年4月,美国Salk研究所的一个研究小组和美国Arbor生物技术公司的一个研究小组报告了一种新的Cas蛋白,该蛋白通过生物信息学筛选并通过功能实验验证,命名为Cas13d。作为最年轻的成员,Cas13d与其他“兄弟”具有相似的功能,但它有自己独特的功能。

“关键在于大小。”欧阳松应该介绍Cas13d的蛋白质序列长度约为930个氨基酸,明显小于其他Cas13家族成员,比Cas9小33%。这种尺寸使其更容易装入容量。小载体,如腺相关病毒(AAV)载体,在开发新药,新材料和新诊断方法方面具有广泛的应用潜力。

获得了新的“魔法剪切”高分辨率晶体结构

结构生物学是分子生物学,生物化学和生物物理学的一个分支。它涉及生物大分子(如蛋白质分子和核酸分子)的三维结构(包括结构和形态),获得它们的结构信息,并研究生物大分子的结构和功能之间的关系。

“所有生命活动都是通过各种生物大分子的相互作用来实现的,这可以解释生物大分子的构象和相互作用,从原子水平揭示生命过程的详细机制,让人们知道。但是,它知道为什么。”欧阳松应该告诉记者,目前结构生物学的研究范围涉及最重要的生命活动。分子生物学的每一个前沿突破都与结构生物学密切相关。

在这项研究中,欧阳松的研究团队结合了结构生物学和生命科学的前沿研究课题,分析了UrCas13d蛋白和crRNA二元复合物的高分辨率晶体结构,可以直观地看到每个原子的位置及其相互作用的细节。两者之间。

“当一个入侵者到来时,CRISPR-Cas系统在'指挥官'(领导序列)的控制下转录了两种'防御材料',其中一种是前体crRNA,另一种是我们研究的Cas蛋白。”欧阳松应该比较。“这项研究清楚地解释了Cas13d的”新魔鬼“,用什么样的空间结构来处理前体crRNA,以及如何将成熟的crRNA结合形成具有识别靶RNA能力的功能性复合物因此,进一步研究了这种蛋白质的crRNA依赖性RNase活性的分子机制。

相关研究表明,Cas13d可用作强大的RNA编辑工具,用于纠正阿尔茨海默病患者细胞中蛋白质诱导的疾病失衡。同时,Cas13d可用作可操作的RNA结合模块,有效靶向细胞中的RNA转录物,为转录组工程和疾病治疗提供通用平台。

“这项研究揭示了CRISPR-Cas13d系统的神秘面纱,并对其技术机制有了更深入的了解,这将有助于该技术得到更广泛的应用,从而使人类受益。”欧阳松说。

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