Mol Cell | 南方科技大学贾宁和黄鸿达揭示IV-A型CRISPR-Csf复合物在各种功能状态下的结构变化

IV型CRISPR-Cas系统主要在质粒上发现，并表现出强烈的质粒靶向偏好，是六种已知的CRISPR-Cas类型中唯一一种其功能的机制细节仍然未知的。

2023年6月20日，南方科技大学贾宁和黄鸿达共同通讯在Molecular Cell 在线发表了题为“Type IV-A CRISPR-Csf complex: Assembly, dsDNA targeting, and CasDinG recruitment”的研究论文，该研究提供了IV-A型Csf复合物在靶向dsDNA结合前后的高分辨率功能快照，无论是在没有或存在CasDinG的情况下，揭示了CsfcrRNA复合物组装，“DWN”PAM依赖的dsDNA靶向，R-环形成和CasDinG募集的机制。

该研究确定CasDinG家族的标志性解旋酶CasDinG具有ssDNA刺激的ATP酶活性和ATP依赖的5 ' -3 ' DNA解旋酶活性。此外，研究还发现CasDinG从CsfcrRNA复合物中解绕目标dsDNA的非目标链(NTS)和目标链(TS)。这些分子细节促进了对IV-A型CRISPR-Csf功能的机制理解，并应使Csf复合物被用作生物技术应用的基因组工程工具。

CRISPR-Cas系统通过赋予原核生物对病毒和质粒入侵的核酸的适应性免疫来保护原核生物。免疫是通过在宿主CRISPR位点的重复序列之间整合入侵的核酸来获得的，然后将其转录成前体RNA (pre-crRNA)。pre-crRNA被加工成成熟的CRISPR衍生RNA (crRNA)，与单亚基和多亚基Cas蛋白组装形成crRNA效应复合物，负责检测入侵的核酸并随后降解。根据其遗传组成，CRISPR-Cas系统分为两大类中的六种类型(IVI): 1类系统(I、III和IV型)由多亚基效应物复合物组成，而2类系统(II、V和VI型)由单亚基蛋白质效应物组成;每种类型的作用机制都不同。在六种类型中，了解最少的是IV型，可进一步分为五个亚型(IV- a至IV- e)。

与其他染色体编码的CRISPR-Cas类型的病毒靶向偏好不同，IV型系统主要位于质粒上，强烈倾向于靶向共轭质粒，这表明它在介导质粒-质粒冲突中起作用。特别是，IV-A型系统存在于大质粒(200 kb)上，并且与临床样本中多重耐药肺炎克雷伯菌的抗生素耐药基因显著相关，可能有助于抗生素耐药质粒的稳定，同时靶向其他侵袭性质粒。铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)菌株PA83 IV-A型系统含有高度分化的Cas5 (Csf3)， Cas7 (Csf2)，较小版本的Cas8 (Csf1)， Cas6变体(Csf5)和CasDinG (DinG家族解旋酶Csf4)，据报道在体内介导对侵入质粒的干扰。

IV-A型Csf复合体在各种功能状态下的结构图（图源自Molecular Cell ）

然而，与描述染色体编码CRISPR-Cas系统靶向病毒的广泛研究相反，质粒编码IV-A型质粒系统靶向病毒的机制尚不清楚。对IV-A型Csf复合体及其靶标的原子、结构、机制的理解不仅对确定其生物学功能至关重要，而且对实现其扩展CRISPR-Cas工具箱的潜力至关重要，特别是作为一种控制质粒传播的手段，鉴于全球范围内通过共轭质粒传播的抗生素耐药性日益增加。

该研究对铜绿假单胞菌菌株PA83的多亚基Csf复合物进行了冷冻电子显微镜研究。该研究对IV-A型Csf复合体在各种功能状态下的高分辨率功能快照，为IV-A型CRISPR-Csf免疫过程中IV-A型脑脊液复合体介导的双链DNA (dsDNA)靶向提供了机制理解。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)00420-3#%20

转自：“iNature”微信公众号

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