Cas9和Cas12a是在基因編輯中使用最多的兩種Cas蛋白，均包含RuvC催化結(jié)構(gòu)域。要了解RuvC結(jié)構(gòu)域如何切割DNA，闡明含RuvC的Cas配合物處于催化有效狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，金屬離子和ssDNA底物都結(jié)合在RuvC催化口袋中。

Cas12i2是2類VI型CRISPR-Cas，于2018年被發(fā)現(xiàn)。由于分子量比Cas12a和Cas9輕，Cas12i2有望成為基因編輯的新興工具。進(jìn)一步了解其結(jié)構(gòu)和催化機(jī)理具有重要意義。

在《自然通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，中國科學(xué)院生物物理研究所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員揭示了Cas12i2-crRNA復(fù)合物和Cas12i2-crRNA-DNA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。 ，Cas12i2識(shí)別和切割DNA的機(jī)制，以及由Helical-II結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化誘導(dǎo)的RuvC催化口袋的活化。

研究人員報(bào)告了Cas12i2-crRNA的高分辨率結(jié)構(gòu)處于三種狀態(tài)，包括結(jié)合狀態(tài)，種子區(qū)域配對(duì)狀態(tài)和催化狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)表明13-nt及更長(zhǎng)的crRNA：DNA雙鏈體具有啟動(dòng)切割的能力，Helical-II結(jié)構(gòu)域構(gòu)象變化激活了RuvC結(jié)構(gòu)域。

然后，他們捕獲了Cas12i2的催化狀態(tài)，金屬離子和ssDNA底物都結(jié)合在RuvC催化袋中，這揭示了金屬離子對(duì)于Cas12和Cas9中RuvC域切割DNA的重要作用。這也是第一次在RuvC催化袋中觀察到ssDNA和兩個(gè)金屬離子，顯示出它們的活性狀態(tài)。

此外，Cas12i2的結(jié)構(gòu)和生化特性為CRISPR效應(yīng)子的分子機(jī)制提供了見識(shí)，并暗示了Cas12i2的潛在應(yīng)用。研究人員觀察到，crRNA之前的加工過程對(duì)dsDNA的切割活性有影響。生化研究表明，Cas12i2以PAM獨(dú)立的方式切割ssDNA。此外，crRNA：target DNA雜合體的形成激活了RuvC催化口袋，而種子區(qū)域中的堿基配對(duì)對(duì)于激活而言并非必需。

這項(xiàng)研究為含RuvC的Cas蛋白對(duì)DNA切割機(jī)制提供了重要的見識(shí)，并對(duì)開發(fā)更可靠的基因組編輯或核酸檢測(cè)工具具有啟示意義。

簇狀規(guī)則間隔的短回文重復(fù)序列(CRISPR)-Cas(CRISPR相關(guān)蛋白)是存在于細(xì)菌和古細(xì)菌中的RNA引導(dǎo)的自適應(yīng)免疫系統(tǒng)。