最近,人们利用Cas蛋白将一段动态图像插入了细菌基因组中(遗传学大牛Nature头条文章:CRISPR的另类用途),依托于CRISPR DNA的独特灵活性,细菌能识别一些允许病毒DNA插入的位点,确保有关病毒感染的“记忆”被正确储存。
7月20日《Science》在线报道了CRISPR“女神”Jennifer Doudna的新发现。他们用Lawrence Berkeley国家实验室先进光源和Stanford线性加速中心的电子显微镜和X射线晶体学,以及加州大学Berkeley分校的HHMI电子显微镜设备,捕捉到了Cas1-Cas2将病毒DNA插入CRISPR区的动作。
结构表明,第三蛋白IHF结合附近插入位点并将DNA弯曲成“U”型,让Cas1-Cas2同时绑定DNA两段。论文作者研究生Addison Wright,博后研究员Jun-Jie Liu和Gavin Knott,Kevin Doxzen,Eva Nogales等同事发现,要求靶标DNA弯曲和部分放松的反应只针对特定靶标才会发生。
IHF(蓝色);Cas1-Cas2(绿色和黄色);靶标DNA(红色)
“短回文重复的病毒DNA是指导Cas1-Cas2添加新病毒序列的识别信号。通过Cas1-Cas2特异识别这些重复限制病毒DNA整合进入CRISPR矩阵,能避免在错误地方插入病毒DNA所带来的致命影响,”Wright说。
虽然许多DNA结合蛋白直接读取它们能识别的核苷酸序列,但是Cas1-Cas2却是通过更间接的手段,形状和弹性,来识别CRISPR重复。除编码蛋白外,来自伸展的DNA的核苷酸序列也能决定分子的一些物理性质,表现为一些序列像柔软的铰链,而另一些更像刚硬的棍棒。CRISPR重复的序列性质使其可以弯曲以适应Cas1-Cas2的恰当结合,让Cas1-Cas2通过形状去识别它们的靶标。
此前,哈佛大学George Church实验室证明Cas1-Cas2的储存信息能力不仅可以储存病毒序列,还可被用于储存动态视频,这意味着它们还可被用来记录其他类型的信息。
有关Cas1-Cas2如何识别靶标的神秘之门已经敞开,接下来通过修饰Cas1-Cas2,研究人员就可将它们重定向到CRISPR重复以外的序列,将它们的应用扩展到没有它们的CRISPR位点的其他生物体内。