CRISPR先驅Nature、MolecularCell連發重要成果

　　加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna博士是CRISPR技術的共同開發者，曾因這一技術獲得了“生命科學突破獎”（Breakthrough Prize），是CRISPR專利的有力競爭者。近日，Doudna接連在《自然》（Nature）和Cell出版社旗下子刊《分子細胞》（Molecular cell）上發表了兩項重要的研究成果。

　　在發表于10月21日的Nature雜志上的論文中，Doudna研究小組揭示出了在CRISPR–Cas適應性免疫中獲取外源DNA的機制。

　　細菌和古細菌通過將30-40bp特定長度的外源DNA整合到成簇的規律間隔的短回文重復序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat, CRISPR)位點中作為間隔序列(spacer)，來生成對噬菌體和質粒的適應性免疫。普遍保守的Cas1–Cas2整合酶復合物利用了一種與反轉錄病毒整合酶及轉座酶相似的親核整合機制來促成獲取間隔序列。但目前對于Cas1–Cas2選擇性整合外源DNA底物的機制仍不清楚。

　　研究人員報告稱獲得了大腸桿菌Cas1–Cas2復合物結合同源33個核苷酸的前間隔序列(protospacer) DNA底物的X-射線晶體結構。這一蛋白質復合物構建出了一個跨越DNA長度的彎曲結合平面，展開前間隔序列的末端使得每個末端親核3′-OH能夠進入到一個通往Cas1活性位點的通道中。磷酸二酯骨架與前間隔序列和蛋白質互作，可以解釋在體內觀察到的序列非特異性底物選擇。

　　這些結果揭示了獲取外源DNA的結構基礎，及Cas1–Cas2作為分子尺指定CRISPR位點序列結構的機制。

　　在近期發表于Molecular cell雜志上的另一篇論文中，Doudna課題組與加州大學伯克利分校的Russell E. Vance合作，通過調查cGAS-STING的遠古起源揭示了普遍的2′,3′ cGAMP信號傳導的分子機制。

　　在人類中，cGAS-STING免疫信號通路通過包含混合2′–5′和3′–5′磷酸二酯鍵的環化二核苷酸（CDN）：2′,3′ cGAMP作為第二信使來發送信號。原核生物也生成CDNs，但這些完全為3′,3′ CDN，當前對于人類2′,3′ cGAMP信號的進化起源并不清楚。

　　在這里研究人員通過在星狀海葵（Nematostella vectensis）中發現了一條功能性的cGAS-STING信號通路闡明了人類cGAMP信號傳導的遠古起源。星狀海葵是在5億多年前與人類發生進化分歧的海葵物種。海葵cGAS似乎生成了一種3′,3′ CDN，海葵STING通過核堿基特異性的接觸識別3′,3′ CDN，在人類的STING中則未觀察到有這種接觸。但海葵STING與人類STING無差別地結合了2′,3′ cGAMP，呈現一種3′,3′ CDNs無法誘導的獨特結構構象。

　　這些結果揭示出人類2′,3′ cGAMP通過利用一種極其保守的STING構象中間物實現了普遍的信號傳導，由此提供了治療靶向STING信號通路的一些重要認識。