Cell：CRISPR“关闭开关”如何起作用

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来源:生物探索 / 作者: / 2017-03-30
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- ?/ h7 _% B4 g7 ?: m对于许多细菌来说，一线防御病毒感染的是一个 RNA 引导的“免疫系统”——CRISPR-Cas。该系统识别病毒 DNA 并触发破坏作用。然而，病毒可以用“anti-CRISPR”蛋白质反击和禁用此系统，直到现在人们才知道这些 anti-CRISPR 蛋白是如何工作的。; I% t4 z7 I  Z/ b  `
由 Scripps 研究所的生物学家 Gabriel C. Lander 领导的研究小组第一次解决了病毒的 anti-CRISPR 蛋白和细菌的 CRISPR 复合物结合的结构，准确地揭示了病毒如何让细菌防御系统失效。相关文章在 3 月 23 日的 Cell 上发表。研究人员发现 anti-CRISPR 蛋白质通过锁定 CRISPR 识别和攻击病毒基因组的能力。一种 anti-CRISPR 蛋白甚至“模仿”DNA 来让 CRISPR 复合物关闭。
: L7 ~9 T$ K8 C% z( [1 qLander 说：“虽然 CRISPR-Cas9 是著名的 CRISPR 系统，但有 19 种不同类型的 CRISPR 系统，每一个都可能有遗传工程上的独特优势。它们是一个庞大的，未开发的资源。我们越了解这些系统的结构，我们就越能利用它们作为基因编辑的工具。”  W/ ?4 l* ^( n/ U/ D3 ^

1 ~' b9 l6 T0 Y2 A- l三点揭示 anti-CRISPR 如何起作用
/ K  u7 A/ V! Q2 y  z4 n$ q+ ]使用被称为冷冻电子显微镜的高分辨率成像技术，研究人员发现了 CRISPR 和 anti-CRISPR 的三个重要的方面：
! q" ^+ J) q* O0 j( L首先，研究人员发现 CRISPR 复合物如何分析病毒的遗传物质来发现它们应该攻击哪里。复合物中包裹 CRISPR RNA 的蛋白像张开的手，向细菌 RNA 的特定部分打开。这些部分的 RNA 扫描病毒 DNA，寻找它们识别的基因序列。这个系统可以快速读取大量 DNA 并准确集中目标，如果 CRISPR 复合物识别病毒的 DNA 目标，就会招募其它分子破坏病毒的基因组。3 H5 X* I: m) `2 J; c
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接下来，研究人员分析了病毒 anti-CRISPR 蛋白如何让 CRISPR 系统无法工作。他们发现，一种 anti-CRISPR 蛋白掩盖了 CRISPR RNA 裸露部分，从而防止 CRISPR 系统扫描病毒 DNA。这些 anti-CRISPR 蛋白阻止细菌识别病毒的 DNA，它们能靶向 CRISPR 复合物的关键部分。如果细菌要实现避免病毒攻击而变异，CRISPR 系统会停止运转。科学家们认为如果识别 DNA 的机制没有完全改变的话，CRISPR 系统无法逃避这些 anti-CRISPR 蛋白。7 R3 H- F3 x- T7 Q$ U$ f/ x
另一个 anti-CRISPR 蛋白则使用不同的技巧。基于其位置和负电荷，研究人员认为这个 anti-CRISPR 蛋白模仿 DNA，让 CRISPR 复合物这个蛋白质结合，而不是和入侵的病毒 DNA 结合。9 o5 d/ R9 n8 Z! w, A9 u4 D- N
研究人员认为这些发现非常重要，以前他们只是知道的有 anti-CRISPR 蛋白会阻断细菌的防御，但还不知道它们是如何工作的。他们相信对这种 anti-CRISPR 蛋白的最新了解可能将导致更复杂和更有效的工具。也许 anti-CRISPR 蛋白可用于 CRISPR 系统阻断基因编辑或者降解 anti-CRISPR 蛋白触发基因编辑。
  a+ K% K, q3 ECRISPR“关闭开关”的发现
% X6 T2 c, j9 v- `1 }4 g$ n2016 年 12 月 8 日，发表在 Cell 杂志上题为“NaturallyOccurring Off-Switches for CRISPR-Cas9”的一项研究中，来自多伦多大学和马萨诸塞大学的科学家们首次发现了 CRISPR/Cas9 的“关闭开关”（off-switches）。这一成果有望更好地控制这一技术的应用，帮助开发基于 CRISPR 的人类疾病治疗方案。
' Z. e# ~# g& F) [9 E$ I* Q* e# A2016 年 12 月 29 日，发表在 Cell 杂志上题为“Inhibitionof CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins”的研究中，来自加州大学旧金山分校（UCSF）的科学家们找到了在细菌和人类细胞中能都能够阻止 CRISPR 系统基因编辑活性的抑制剂。科学家们发现的这两个“关闭开关”为 AcrIIA2 和 AcrIIA4，通过阻碍 Cas9 酶的活性发挥抑制作用
0 @; t+ V5 @. x% I* @9 n6 f5 @参考资料
( }; D0 b) N! x/ Q$ gStructure Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR RNA-Guided Surveillance Complex
1 ^7 E1 r; t0 M( J: z8 y5 f& G0 tA molecular on/off switch for CRISPR) c' S- T, X, _0 t" B