TtCas1-DNA复合物的结构生物学研究

来源：中国科学杂志社

CRISPR-Cas系统是广泛存在于细菌和古菌中抵抗病毒、质粒等外源核酸的获得性免疫系统。它发挥防御功能主要有三个阶段，外源核酸的获取阶段，表达阶段以及干扰阶段。Cas1蛋白主要参与新间隔序列获取，是一种保守蛋白，能够与Cas2结合形成获取复合物，将入侵的外源核酸整合到CRISPR序列中形成新的spacer，从而记忆曾经入侵的核酸。Cas1作为一种金属依赖的核酸酶，能够切割不同类型的DNA，但一直没有结构报道Cas1是如何结合DNA。Thermus thermophilus HB8是在温泉中发现的嗜热菌，有研究报道，它的基因组中包括两种CRISPR类型，TypeI和TypeIII。

近期，Science China Life Sciences 在线发表题为“Crystal structure of Cas1 complex with branched DNA”的论文，首次报道了TtCas1-DNA的复合物结构，揭示了Cas1识别DNA的方式。

TtCas1蛋白以二聚体形式存在，每个单体由两个结构域组成（图A）。TtCas1-DNA复合物是由两个二聚体在DNA的相互作用下形成的一个四聚体（图B）。每个二聚体结合一条双链双支链的DNA，结合在三个单体上的DNA的5’overhang引发了四聚体的产生。DNA的两条支链结合在不同的单体上，靠近Cas1的催化口袋，并与催化氨基酸相互作用，揭示了Cas1可能切割核酸的位点，猜测该结构展示了TtCas1切割DNA前的状态。通过活性实验发现，TtCas1蛋白在Mn2+下切割能力最强，在pH 8.0-8.5下切割活性最高。

TtCas1蛋白结构（A）和TtCas1-DNA复合物结构（B）

中国科学院生物物理研究所的王艳丽研究员和江苏大学生科院的杨艳华副研究员是该论文的通讯作者，江苏大学的硕士生杨晶和生物物理研究所的博士生李佳智是该文的第一作者。该研究得到国家科技部、国家自然科学基金委以及中国科学院的资助，上海同步辐射光源（SSRF）及日本光子工厂为该研究提供了重要的技术支持。

文章信息：

Yang, J., Li, J., Wang, J., Sheng, G., Wang, M., Zhao, H., Yang, Y., and Wang, Y. (2019). Crystal structure of Cas1 incomplex with branched DNA. SciChina Life Sci 62, https://doi.org/10.1007/s11427-019-9827-x