CRISPR/Cas系統(tǒng)是原核生物抗免疫防御系統(tǒng)，是近年來發(fā)現(xiàn)的由小分子RNA介導的免疫系統(tǒng)。CRISPR-Cas系統(tǒng)分為兩大類，Cas13a是第二大類VI型系統(tǒng)中的效應(yīng)蛋白，亦稱C2c2，具有RNA介導的RNA酶切活性，是目前第二大類CRISPR-Cas系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的唯一能夠降解RNA的蛋白，在RNA技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用價值，對開發(fā)研究RNA工具，擴展CRISPR系統(tǒng)在基因編輯方面的運用具有重大價值。
為了研究Cas13a如何被激活來切割RNA，我們解析了與crRNA及其靶RNA結(jié)合的Leptotrichia buccalis（Lbu）Cas13a的晶體結(jié)構(gòu)，以及LbuCas13a-crRNA復合物的cryo-EM結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果揭示了crRNA-靶RNA雙鏈體結(jié)合在核酸酶（NUC）葉片的帶正電的中心通道中，并且Cas13a蛋白和crRNA在靶RNA結(jié)合后發(fā)生顯著的構(gòu)象變化。指導目標RNA雙鏈體形成觸發(fā)HEPN1結(jié)構(gòu)域向HEPN2結(jié)構(gòu)域移動，激活Cas13a蛋白的HEPN催化位點，其隨后以非特異性方式裂解單鏈靶標和旁系RNA.研究結(jié)果證實target RNA的結(jié)合導致LbuCas13a的兩個HEPN結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)象變化，從而激發(fā)LbuCas13a非特異性地切割任意單鏈RNA的酶切活性，該成果為研究Cas13a發(fā)揮RNA酶活性的分子機制提供了重要的結(jié)構(gòu)生物學基礎(chǔ)。該研究的發(fā)現(xiàn)為CRISPR-Cas13a系統(tǒng)的進一步開發(fā)提供了可靠的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對深入理解細菌抵御病毒入侵的分子機制提供了強有力的證據(jù)，并將對病毒引起的疾病的預防、檢測、控制與治療產(chǎn)生重大意義，特別是基于Cas13a高效的RNA酶切活性，對其應(yīng)用于各類重大疾病的快速檢測具有十分廣闊的前景。
