CRISPR系统变体显示了一种新的DNA切割机制

研究人员揭示了CRISPR-Cas5-HNH/Cascade复合物的新细节，这是I-E型CRISPR-Cas系统的变体，为其DNA识别和切割机制提供了见解

这项研究发表在《自然通讯》上，由中国科学院物理研究所的研究人员进行

CRISPR-Cas5-HNH/Cascade复合物作为原核生物的免疫防御系统，长期以来一直被研究其保护细菌免受遗传物质入侵的能力。然而，最近的研究揭示了这种复合物中的一种新机制，与众所周知的II型CRISPR系统（如Cas9）有显著不同。

研究人员利用冷冻电子显微镜捕捉了Cas5-HNH/Cascade复合物在DNA结合和未结合状态下的结构。它们揭示了惊人的构象变化。当与双链DNA（dsDNA）结合时，该复合物采用更紧凑的结构，靶DNA链发生明显的U形转弯并与HNH核酸酶结构域相互作用

靶链首先被切割，然后是非靶链，这与Cas12a等其他CRISPR系统中的切割顺序不同

发现Cas5 HNH结构域本身在Cas5-HNH/Castate复合物的核酸酶活性中起着至关重要的作用。研究人员证明，HNH结构域关键残基的突变，特别是组氨酸和天冬氨酸，可以完全消除切割活性

这表明HNH结构域不仅对靶DNA识别至关重要，而且对DNA的特异性切割也至关重要，进一步将该机制与其他系统区分开来

此外，研究人员观察到Cas5 HNH/Cascade复合物的结构与典型的I-E型系统明显不同。例如，HNH结构域与Cas5的C末端融合，取代了对Cas3的需求，Cas3是一种在其他系统中通常参与DNA降解的蛋白质

这一结构创新表明，该复合体能够独立于类似CRISPR系统中的传统成分切割DNA

通过阐明HNH核酸酶结构域的作用并揭示DNA结合时发生的结构变化，这项工作不仅加深了对CRISPR-Cas5-HNH的理解，还为改进CRISPR技术用于治疗应用铺平了道路 More information: Yanan Liu et al, Structural basis for RNA-guided DNA degradation by Cas5-HNH/Cascade complex, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55716-7

Journal information: Nature Communications