发现丝状结构可激活和调节 CRISPR-Cas“蛋白质剪刀”

CRISPR-Cas 系统有助于保护细菌免受病毒侵害。细菌中发现了几种不同类型的 CRISPR-Cas 防御系统，它们的组成和功能各不相同。其中，当今研究最多的蛋白质是Cas9和Cas12，也被称为DNA或“基因剪刀”，它们彻底改变了基因组编辑领域，使科学家能够精确编辑基因组并纠正致病突变。

维尔纽斯大学生命科学中心生物技术研究所的研究人员 Dalia Smalakyt、Audron？ Ruk??nait？、Giedrius Sasnauskas 博士、Gierr？ Tamulaitien 和 Gintautas Tamulaitis 博士揭示了细菌中发现的 CRISPR-Cas 蛋白剪刀的结构，并提供了有关其功能的机制细节。他们的研究结果是发表在分子细胞。

Tamulaitis 博士领导的研究小组正在研究细菌防御系统CRISPR-Cas10，充当传感器。当病毒攻击细菌时，它会通过合成称为环状寡腺苷酸的独特信号分子来发送“消息”。

这些信号分子被不同的，即系统中增强细菌防御病毒的辅助蛋白。最近的一项计算分析预测，CRISPR-Cas10 效应子可能具有多种酶活性，使细菌能够以多种方式防御病毒。

“环状寡腺苷酸的发现和对 CRISPR-Cas10 机制的理解引发了极大的科学兴趣，并在信号通路研究方面取得了突破。最近，在其他细菌防御系统中也发现了类似的保护原理：CBASS、Pycsar 和 Thoris在这项研究中，我们研究了由 CRISPR-Cas10 信号分子激活的三联 CalpL-CalpT-CalpS 效应子，并解释了这个复杂系统的工作原理及其调节方式，”Tamulaitis 博士解释道。

CalpL-CalpT-CalpS 效应子由三个关键蛋白组成：CalpL，充当信号识别蛋白剪刀； CalpS，一种调节蛋白质;和 CalpT，一种 CalpS 蛋白的抑制剂。研究人员结合使用生化、生物物理、细菌存活率测定和低温电子显微镜 (cryo-EM) 来研究该系统。他们发现，当 CalpL 与发出病毒感染信号的分子结合时，它会形成成分可变的聚合丝。

丝状结构允许 CalpT-CalpS 异二聚体附着，将剪刀 CalpL 的活性中心定位在抑制剂 CalpT 附近并使其能够将其切割。一旦 CalpT 被分裂，CalpS 就会从异二聚体中释放出来，并可以调节基因表达以保护细菌免受病毒感染。

作者之一 Dalia Smalakyt? 指出，CRISPR-Cas 蛋白剪刀的活性受到时间上的严格调控。蛋白质剪刀具有内部定时器机制，在信号分子结合和丝形成时激活。与其他类似的信号传感效应蛋白相比，这种机制是独特的。

新发现的CRISPR-Cas10系统机制说明了细菌防御系统的复杂性。这些研究为受调控的 CRISPR-Cas 蛋白剪刀作为感染分子指标的实际应用铺平了道路。