CRISPR蛋白如何找到它们的靶标

加州大学伯克利分校的研究人员已经发现Cas1-Cas2是一种蛋白质,它负责CRISPR免疫系统在细菌中适应新病毒感染的能力,它可以识别基因组中插入病毒DNA的位点。后来认出来并发动攻击。

这些蛋白质最近用于编码细菌基因组CRISPR区域的电影,依赖于CRISPR DNA的独特灵活性将其识别为应插入病毒DNA的位点,确保先前病毒感染的“记忆”正确存储。

该文件,这将在网上公布7月20日在科学的詹妮弗·杜德纳和她的研究小组,用电子显微镜和X射线晶体学,在先进光源在劳伦斯伯克利国家实验室,斯坦福线性加速器中心,以及霍华德休斯医学研究所进行加州大学伯克利分校的电子显微镜设备,用于捕获Cas1-Cas2的结构,将病毒DNA插入CRISPR区域。

结构显示第三种蛋白质IHF在插入位点附近结合并将DNA弯曲成U形,允许Cas1-Cas2同时结合DNA的两个部分。主要作者,研究生Addison Wright和博士后刘俊杰,以及共同作者Gavin Knott,Kevin Doxzen和Eva Nogales,发现反应要求目标DNA弯曲并部分解开,这种情况只发生在适当的目标。

CRISPR系统是一种细菌免疫系统,可以使细菌适应并抵御感染它们的病毒。CRISPR代表聚集的规则间隔短回文重复,指的是DNA的独特区域,其中存储病毒DNA的片段以供将来参考,允许细胞识别试图重新感染的任何病毒。病毒DNA与“短回文重复”交替,其作为识别信号以指导Cas1-Cas2添加新的病毒序列。

Casle-Cas2对这些重复序列的特异性识别限制了病毒DNA与CRISPR阵列的整合,使其可用于免疫并避免将病毒DNA插入错误位置的潜在致命影响,Wright说。

虽然许多DNA结合蛋白直接“读出”其识别序列的核苷酸,但Cas1-Cas2通过更间接的方式识别CRISPR重复:其形状和灵活性。除了编码蛋白质外,一段DNA的核苷酸序列也决定了分子的物理特性,一些序列充当柔性铰链,另一些序列形成刚性杆。CRISPR重复序列允许其以恰当的方式弯曲和弯曲以被Cas1-Cas2结合,允许蛋白质通过形状识别其靶标。

来自哈佛大学乔治教会实验室的研究表明,Cas1-Cas2的信息存储功能可以用于录制电影的帧而不是病毒序列,也可以用于记录其他类型的信息。

Cas1-Cas2如何识别其靶标的发现为蛋白质本身的修饰打开了大门。通过调整蛋白质,研究人员可能能够将它们重定向到CRISPR重复序列以外的序列,并将其应用扩展到没有自身CRISPR基因座的生物体中。