米乐m6官方网站【会长中钵良二】（以下简称“AIST”）生物医学研究部【研究主任大宫胜宏】首席研究员沼田道之、前AIST特别研究员大泽拓夫等人正在研究细菌等原核生物有外来入侵病毒起源RNA等物质的机制被详细阐明。
许多原核生物，例如细菌是CRISPR-Cas系统的生物防御机制，可以保护自身免受病毒感染及其增殖。在 CRISPR-Cas 系统中，效应复合体在降解病毒核酸（DNA 和 RNA）方面发挥着重要作用。它是一种效应复合体Cmr 复合体识别并降解进入体内的病毒 RNA，抑制其增殖。
这次，我们分析了与靶RNA类似的DNA结合的Cmr复合物的三维结构，阐明了Cmr复合物识别并消除病毒RNA的机制。人们认为利用Cmr复合物的功能降解任意RNA序列将成为可能，并且未来有望开发出新的基因表达调控技术。
该成果于2015年4月23日（美国东部时间）发表在美国科学期刊上分子细胞
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| 捕获靶核酸的 CRISPR-Cas Cmr 复合物的结构（左）以及复合物中 crRNA 和靶核酸的形状（右） |
众所周知，在细菌等原核生物中，入侵病毒的DNA和RNA被降解并去除，而这种现象发生的机制正逐渐变得清晰。然而，迄今为止，人们对在 CRISPR-Cas 系统中发挥重要作用的 Cmr 复合物如何去除病毒 RNA 知之甚少。对与病毒RNA结合的Cmr复合物结构的详细分析将揭示Cmr复合物识别和降解靶RNA的机制，进而使设计降解任意RNA的分子装置成为可能，并有望导致人工操纵基因表达新技术的发展。
AIST 正在研究 Cmr 复合物的功能和结构，该复合物特异性降解病毒 RNA。到目前为止，构成 Cmr 复合物的各个蛋白质子基我们一直在分析群体的功能和结构。然而，仅对亚基进行分析并不能让我们了解 Cmr 复合物识别和去除病毒 RNA 的详细机制。此次，我们通过对与靶核酸结合的Cmr复合物进行三维结构分析，并基于该结构进行生化实验，在阐明Cmr复合物的形成机制及其降解病毒RNA的机制方面取得了进展。
这项研究得到了文部科学省新学术领域“结构细胞生物学”科学研究资助金的支持。 X射线衍射数据是使用大学间研究机构高能加速器研究组织的光子工厂（光束线BL17A）测量的。
为了保护自己免受病毒感染，许多原核生物都有一种称为CRISPR-Cas系统的生物防御机制。当你第一次感染病毒时，一些病毒核酸会被释放出来。基因组顶部CRISPR 区域并将病毒感染历史记录在自己的基因组中。当再次感染同一种病毒时，CRISPR 区域crRNA的小 RNA 分子是合成的，Cas 蛋白形成效应复合物。 crRNA是病毒核酸互补序列，效应复合物可以识别并去除病毒核酸（DNA和RNA）。 Cmr 复合体是效应复合体的一种，由六种 Cas 蛋白（Cmr1 至 Cmr6）和 crRNA 组成。 crRNA 位于 5’ 侧 8核苷酸由标签数组，后跟 31 个核苷酸引导阵列，Cmr复合物捕获并降解与指导序列互补的RNA。
由于目标RNA被Cmr复合物降解，因此很难分析与目标RNA结合的Cmr复合物的晶体结构。这次，我们使用了可识别但未降解的目标类似物（与目标RNA具有相同核苷酸序列的DNA），并分析了与其结合的Cmr复合物的晶体结构。结果表明，Cmr蛋白亚基以螺旋方式组装，形成crRNA所在的螺旋槽。沿着与 crRNA 引导序列互补的凹槽捕获目标类似物（图 1）。
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| 图1 与靶核酸结合的Cmr复合物的结构 |
(A) Cmr 复合物的整体结构。右图是左图旋转 90°。
(B) 目标类似物（粉色）被 crRNA（黄色）的引导序列互补识别。
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crRNA的引导区与目标类似物形成双链，但与一般核酸的双螺旋结构不同，它呈解开的带状。这是因为其中一个亚基 Cmr4 的特征环路区域为 6碱基对
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| 图2 Cmr复合物捕获的靶核酸结构 |
(A) Cmr4 的特征环（蓝色）在 crRNA 和目标类似物双链体之间交叉，并周期性地抑制碱基对形成。
(B) crRNA 和目标类似物的结构。目标类似物的三个核苷酸（红色）的结构被扭曲。 |
crRNA 5' 侧的标签序列被 Cmr3 亚基识别并固定在复合物中（图 3A）。因此，Cmr复合物抑制距crRNA 5'侧一定距离的第14、20和26个碱基对的形成，并以6个核苷酸的循环切割靶RNA（图3B）。虽然crRNA标签序列根据核苷酸序列被Cmr3识别，但发现引导序列和Cmr蛋白之间的结合与引导部分的序列无关。因此，Cmr复合物可以与任何引导序列的crRNA结合，并且可以捕获和降解多种靶RNA。
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| 图3 靶RNA周期性切割的机制 |
(A) crRNA 的标签序列固定在 Cmr 复合物中。
(B) Cmr 复合物在距固定标签序列一定距离处定期切割目标 RNA。 |
Cmr复合物可以摄取具有各种指导序列的crRNA并降解与其互补的靶RNA，因此它可以对多种靶标做出反应。因此，原核生物获得了一种临时降解靶标 RNA 的机制。阐明这种复合物的工作原理将有助于设计能够特异性切割 RNA 的新分子装置，并有望促进人工操纵基因表达新技术的发展。
为了降解任意RNA并人为控制基因表达，有必要详细阐明Cmr复合物的化学反应机制。未来，我们计划通过进一步的结构和功能分析，详细阐明切割RNA的化学反应机制。