生命學院黃志偉教授團隊發文揭示C2c1-sgRNA複合物嚴謹型識別PAM-DNA底物的分子機制

哈工大報訊（王計/文）4月4日，我校生命學院黃志偉教授團隊在《細胞研究》（Cell Research）雜誌在線發表題目為《C2c1-sgRNA複合物嚴謹型識別PAM序列的結構基礎》（《Structural basis of stringent PAM recognition by CRISPR-C2c1 incomplex with sgRNA》）的研究論文。

CRISPR-C2c1是一類V-B亞型的CRISPR系統，研究顯示該系統能夠在crRNA:tracrRNA的引導下剪切底物DNA，C2c1需要tracrRNA的引導才具備活性，這是與V-A型Cpf1系統只需要crRNA的引導完全不一樣的；此外，C2c1和Cpf1識別的PAM序列也不一樣。然而與Cpf1一樣的是，C2c1也僅含有一個保守的RuvC核酸內切酶結構域。目前C2c1已經被證明能夠在人類細胞裂解液中有剪切目的DNA的活性，但這背後的分子機制並不清楚。

為了揭示C2c1識別crRNA和結合PAM的分子機制，該團隊解析了Bacillus thermoamylovorans C2c1 (BthC2c1)和123-nt的crRNA（包含有幾乎全長的crRNA以及tracrRNA），28-nt的target DNA，以及12-nt的non-target DNA的三元複合物的2.6 ?晶體結構。結構研究發現，與Cas9和Cpf1寬鬆型識別PAM序列不一樣的是，BthC2c1通過一種嚴謹型方式識別PAM序列。而且通過分析結構，推測刪除位於BthC2c1表面的sgRNA的Loop 1（38-nt）並不會影響BthC2c1引導剪切的活性，事實上，功能試驗也證實上述推測。有趣的是，測序發現BthC2c1在target DNA上的剪切位點並不位於guide RNA:target DNA異源二聚體內，反映出和Cas9以及Cpf1不一樣的剪切機制。因此，該複合物結構不僅揭示了C2c1結合sgRNA和識別PAM的分子機制，而且為改造C2c1以及其他Cas核酸內切酶，使之成為更高效、更特異的基因編輯工具提供了結構基礎，具有指導改造新型基因編輯系統的應用價值。這是該課題組在病原與宿主相互作用系統以及基因編輯系統領域取得的又一研究成果。

黃志偉教授為本研究論文的通訊作者，該團隊的博士研究生吳丹、關曉宇和師資博士後朱玉威為該論文的並列第一作者。上海同步輻射中心為晶體數據收集提供了及時有效的支持。本項目受到國家自然科學基金委、哈工大青年科學家工作室等基金的資助。

文章鏈接：http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr201746a.html

CRISPR-C2c1以嚴謹型識別方式結合PAM序列

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