CRISPR/Cas系統(tǒng)是原核生物抗免疫防御系統(tǒng)，是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的由小分子RNA介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)。CRISPR-Cas系統(tǒng)分為兩大類(lèi)，Cas13a是第二大類(lèi)VI型系統(tǒng)中的效應(yīng)蛋白，亦稱(chēng)C2c2，具有RNA介導(dǎo)的RNA酶切活性，是目前第二大類(lèi)CRISPR-Cas系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的唯一能夠降解RNA的蛋白，在RNA技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)開(kāi)發(fā)研究RNA工具，擴(kuò)展CRISPR系統(tǒng)在基因編輯方面的運(yùn)用具有重大價(jià)值。
為了研究Cas13a如何被激活來(lái)切割RNA，我們解析了與crRNA及其靶RNA結(jié)合的Leptotrichia buccalis（Lbu）Cas13a的晶體結(jié)構(gòu)，以及LbuCas13a-crRNA復(fù)合物的cryo-EM結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果揭示了crRNA-靶RNA雙鏈體結(jié)合在核酸酶（NUC）葉片的帶正電的中心通道中，并且Cas13a蛋白和crRNA在靶RNA結(jié)合后發(fā)生顯著的構(gòu)象變化。指導(dǎo)目標(biāo)RNA雙鏈體形成觸發(fā)HEPN1結(jié)構(gòu)域向HEPN2結(jié)構(gòu)域移動(dòng)，激活Cas13a蛋白的HEPN催化位點(diǎn)，其隨后以非特異性方式裂解單鏈靶標(biāo)和旁系RNA.研究結(jié)果證實(shí)target RNA的結(jié)合導(dǎo)致LbuCas13a的兩個(gè)HEPN結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)象變化，從而激發(fā)LbuCas13a非特異性地切割任意單鏈RNA的酶切活性，該成果為研究Cas13a發(fā)揮RNA酶活性的分子機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)。該研究的發(fā)現(xiàn)為CRISPR-Cas13a系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供了可靠的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對(duì)深入理解細(xì)菌抵御病毒入侵的分子機(jī)制提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，并將對(duì)病毒引起的疾病的預(yù)防、檢測(cè)、控制與治療產(chǎn)生重大意義，特別是基于Cas13a高效的RNA酶切活性，對(duì)其應(yīng)用于各類(lèi)重大疾病的快速檢測(cè)具有十分廣闊的前景。
