CRISPR-Cas系統蛋白所扮演的關鍵角色

近日，一項刊登在國際雜志Molecular Cell上的研究報告中，來自喬治亞州立大學等機構的研究人員通過研究深入闡明了深入闡明了基于RNA的病毒免疫系統—CRISPR-Cas的基本生物學機制。CRISPR-Cas是細菌和古細菌能用來抵御病毒和其它外來“入侵者”的一種防御機制，當細菌被病毒攻擊時，其就能將病毒DNA“切碎”并將入侵者的一部分DNA片段插入細菌自身的基因組，并以這種方式來記錄病毒的DNA，隨后細菌就會利用DNA制造RNAs，并將其同細菌的蛋白相結合，殺滅病毒的DNA。

目前CRISPR-Cas系統已經被全球研究人員廣泛研究，研究人員希望能利用這種系統來編輯能使人類患多種疾病的特殊基因，比如糖尿病和癌癥等，然而，為了達到這個目標，科學家們必須深入理解CRISPR-Cas系統的基本生物學過程，從而為機體提供有效抵御入侵病毒的特殊免疫力。

研究者Michael Terns表示，相比研究如何利用CRISPR進行治療或醫學用途而言，本文研究更多的是一項基礎性的研究成果，這項研究是適應性研究過程的特殊一步，即識別出病毒的特殊DNA序列，并將其整合到宿主的基因組中，為后代提供更多的免疫力。此前研究人員并不理解細胞如何識別病毒為外來入侵者，以及哪些細菌蛋白對于成功整合和提供免疫力是必不可少的。這項研究中，研究人員通過研究闡明了細菌的免疫系統如何制造記憶分子來移除有害的病毒DNA序列，同時研究人員還揭示了這種特性是如何傳遞給細菌后代的。

通過分析相應的數據，研究人員發現，此前鑒別出的特征不明顯的Cas4蛋白質或許與CRISPR-Cas系統中的Cas1和Cas2蛋白存在于一定的關聯，在最初的適應階段，其中一個Cas4蛋白能夠識別序列中的關鍵“信號占位符”，而這種序列距離分離的DNA序列較近。當Cas1和Cas2、以及其中一個Cas4存在于細胞中時，其就會扮演基于軍隊的免疫系統“將軍”的角色，同均一尺寸的切斷DNA序列相互“溝通”，并且決定下一步的方向，給出最終摧毀致命DNA片段的指令。

細胞為了成功識別并且去除DNA片段，其就會將這些DNA片段的信息摻入到自身的基因組中實現免疫效力，而且Cas4蛋白必須存在于細胞中并與Cas1和Cas2串聯起來。研究者Terns說道，Cas4存在于許多CRISPR-Cas系統中，但這些蛋白質所扮演的角色研究人員卻并不清楚，在細菌的免疫系統中，有兩種關鍵的Cas4蛋白對于控制上述過程非常關鍵，因此細菌的功能性RNA需要被制造出來并且被賦予相應的免疫力。

如今研究人員能夠利用超級計算的方法進行生物信息學的分析以及數據的整合分析。后期他們還需要進行更為深入的研究來闡明參與CRISPR-Cas系統的生物學機制，同時本文研究還能幫助科學家們深入理解這些蛋白質如何共同協作來保護細胞并且賦予細胞相應的免疫特性。