Science长文∣向华/李明团队揭示护卫CRISPR-Cas的全新毒素-抗毒素RNA系统

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-Nat Rev Microbiol 12(2014):647 ），开辟了一个全新的研究领域。

图 1. CRISPR-Cas 系统与 CreTA 毒素 - 抗毒素系统的互作机制

早在 2014 年，向华 / 李明团队即利用西班牙盐盒菌（ Haloarcula hispanica ）及其病毒在国际上建立了第一个 I 型 CRISPR 系统的高效适应模型，揭示了 CRISPR 系统对病毒高效适应需要引发的规律，并深入解析了“引发适应”过程精细的分子机制，包括 Cascade 与 crRNA 的可塑性。在这一研究过程中，他们发现了一个奇怪的现象 : 4 个成簇的编码 CRISPR 效应复合物 Cascade 的基因（ cas6-cas8-cas7-cas5 ）无法单独敲除，但可以作为整体一起敲除，从而推测这个基因簇内部可能隐藏了一个未知的“细胞成瘾”元件。

经过近 7 年的探索，他们最终在 cas6 与 cas8 之间一段仅 311 bp 的基因间区内发现了一类全新的小 RNA 毒素 - 抗毒素系统，分别命名为 CreT （ RNA 毒素）和 CreA （ RNA 抗毒素）。 CreTA 通过与 CRISPR 效应复合物 4 个编码基因的结构与功能的偶联，守护了 CRISPR-Cas 系统的稳定性（图１）。

主要创新性发现：

１、首次发现受 Cascade 蛋白控制的小 RNA 毒素

该团队首先通过敲除 cas6 和 cas8 基因间区的 311 bp 序列获得 ∆TA 菌株，然后基于该菌株成功获得了 Cascade 各单基因缺失菌株。接着，他们利用携带这一段 311 bp 基因间区的质粒（ pTA ）转化各突变株，发现在 Cascade 基因缺失（ ∆ cas5-8 ）或其单基因缺失 (∆TA∆ cas5/6/7/8 ) 的菌株中， pTA 均表现出细胞毒性（转化效率降低约 4 个数量级），而在 Cascade 基因完整表达的 ∆TA 菌株中， pTA 的细胞毒性则被完全抑制。上述系列实验表明， 311 bp 的基因间区产生了某种未知毒素，命名为 Cascade 抑制型毒素（ C ascade- re pressed T oxin ），即 CreT （图 2A 和 2B ）。

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