CRISPR-Cas系統(tǒng)是細(xì)菌和古菌中對抗外源核酸入侵的獲得性免疫系統(tǒng)。基于CRISPR-Cas系統(tǒng)在RNA引導(dǎo)下靶向DNA的功能，已經(jīng)開發(fā)了多種被廣泛使用的基因編輯和調(diào)控工具。
CasX（又稱Cas12e）屬于第2類CRISPR-Cas系統(tǒng)，因其體積較小，相較于廣泛使用的Cas9和Cas12a蛋白更便于遞送到細(xì)胞內(nèi)，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。但除了共有的RuvC核酸酶結(jié)構(gòu)域外，CasX與Cas12a和Cas9在蛋白序列上相似性甚微。此外，CasX獨有的NTSB結(jié)構(gòu)域，對于其切割活性至關(guān)重要。這些不同之處暗示了CasX可能具有獨特的靶向和切割機(jī)制。
2024年7月12日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心陳春來課題組與劉俊杰課題組合作，在 Nucleic Acids Research 期刊發(fā)表了題為：Conformational dynamics of CasX (Cas12e) in mediating DNA cleavage revealed by single-molecule FRET 的研究論文。
該論文細(xì)致表征了CasX從非特異性結(jié)合到找到靶點并完成切割的動態(tài)過程，揭示了其獨特的機(jī)制。
利用供體（Cy3）標(biāo)記的sgRNA和受體（Cy5）標(biāo)記的DNA，研究者通過單分子FRET實驗捕捉到CasX蛋白在切割過程中依次呈現(xiàn)的3種構(gòu)象狀態(tài)：R-loop起始狀態(tài)、R-loop形成后非靶標(biāo)鏈（NTS）切割狀態(tài)和靶標(biāo)鏈（TS）切割狀態(tài)（圖1）。此外，還定量分析了sgRNA與DNA的匹配度如何影響CasX在DNA上的穩(wěn)定性和切割活性，為基于CasX的基因編輯和調(diào)控工具的設(shè)計提供了重要依據(jù)。DpbCasX和PlmCasX在切割特異性上的差異，源于它們在結(jié)合DNA及切割過程中的動力學(xué)差異；而兩者在切割過程中FRET模式的不同，則歸因于它們在DNA上切割位點的差異。
圖1. DpbCasX結(jié)合及切割全匹配DNA的構(gòu)象動態(tài)
圖2. CasX結(jié)合和切割DNA的動態(tài)模型
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