Nature：重大突破！发现环状核酸酶通过降解环状寡腺苷酸让III型CRISPR/Cas系统失活
2018-09-28 佚名 细胞
在一项新的研究中，来自苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员鉴定出CRISPR基因组工程工具包中的一个重要的新组分。这将引发遗传病和感染治疗变革。相关研究结果于2018年9月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Ring nucleases deactivate type III CRISPR ribonucleases by degrading cyclic oligoadenylate”。论
在一项新的研究中，来自苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员鉴定出CRISPR基因组工程工具包中的一个重要的新组分。这将引发遗传病和感染治疗变革。相关研究结果于2018年9月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Ring nucleases deactivate type III CRISPR ribonucleases by degrading cyclic oligoadenylate”。论文通信作者为圣安德鲁斯大学生物学院生物医学科学研究中心的Malcolm White教授，论文第一作者为圣安德鲁斯大学的Januka S. Athukoralage和Christophe Rouillon。
这项研究发着重关注细胞水平上的病毒感染防御和一旦病毒遭受破坏后，让细胞恢复到未受感染状态的能力。这些研究人员取得的突破性进展在医疗保健、生物技术和农业领域具有广泛应用。
所有形式的生命都需要抵御病毒感染。人类具有基于抗体的适应性免疫系统，而且这种适应性免疫系统携带着对过去感染的记忆并提供免疫力。与人类一样，微生物也具有适应性免疫系统，即CRISPR系统，它存储着用于对在未来遭受的相同病毒感染产生免疫力的小片段病毒遗传物质。CRISPR系统已被用来操纵和改造基因组以便抵抗感染和疾病。
人类利用干扰素途径来发出感染存在的信号并调动体内的防御。最近，科学家们发现了CRISPR系统的一个意外方面：入侵病毒的遗传物质触发了环状分子的合成。这些环状分子是由4或6个腺苷一磷酸（AMP）分子连接在一起而形成的，而且与干扰素一样，是让细胞进入抗病毒状态的信号分子。它们通过激活一系列破坏入侵病毒并提供免疫力的降解酶来做到这一点。但是，如果长时间处于激活状态的话，细胞也会死亡。为了避免这种命运，人们预测细胞具有分子“关闭开关（off switch）”，一旦感染被清除，这种“关闭开关”就会清除这些环状分子。
当开始研究时，Athukoralage着手寻找这种难以捉摸的“关闭开关”。他成功地纯化出一种酶，他命名为“环状核酸酶（ring nuclease）”，它特异性地降解环状分子。通过与来自圣安德鲁斯大学生物学院生物医学科学研究中心的同事们合作，他展示了这种环状核酸酶如何结合并切割环状分子，从而证实一旦病毒遭受破坏，这种“关闭开关”如何让细胞恢复到未受感染的状态。
White教授说，“这种环状信号传导机制（ring signalling mechanism）是CRISPR系统的一个重要的组成部分，它被微生物用作它自身的病毒防御措施。CRISPR已被用作一种令人兴奋的操纵DNA的新技术，有望用于治疗遗传病和感染、食品生产、快速诊断和许多其他的领域。”
“鉴定出这种环状核酸酶为CRISPR工具包增添了另一个组分。这种突破性进展是由于一个小型团队的共同努力和专业知识才成为可能。我想要感谢Christophe Rouillon博士、Shirley Graham博士和Sabine Grüschow博士在这项研究中作出的重要贡献。”
当前，旨在理解这种环状信号传导机制如何在细胞中发挥功能的进一步研究正在开展当中。
原始出处：
Januka S. Athukoralage， Christophe Rouillon， Shirley Graham et al. Ring nucleases deactivate type III CRISPR ribonucleases by degrading cyclic oligoadenylate. Nature， Published Online： 19 September 2018， doi：10.1038/s41586-018-0557-5.
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