研究人員揭示了兩種金屬離子催化DNA切割的結構基礎

Cas9和Cas12a是在基因編輯中使用最多的兩種Cas蛋白，均包含RuvC催化結構域。要了解RuvC結構域如何切割DNA，闡明含RuvC的Cas配合物處于催化有效狀態時的結構至關重要，金屬離子和ssDNA底物都結合在RuvC催化口袋中。

Cas12i2是2類VI型CRISPR-Cas，于2018年被發現。由于分子量比Cas12a和Cas9輕，Cas12i2有望成為基因編輯的新興工具。進一步了解其結構和催化機理具有重要意義。

在《自然通訊》上發表的一項研究中，中國科學院生物物理研究所和中國科學技術大學的研究人員揭示了Cas12i2-crRNA復合物和Cas12i2-crRNA-DNA復合物的晶體結構。 ，Cas12i2識別和切割DNA的機制，以及由Helical-II結構域的構象變化誘導的RuvC催化口袋的活化。

研究人員報告了Cas12i2-crRNA的高分辨率結構處于三種狀態，包括結合狀態，種子區域配對狀態和催化狀態。這些數據表明13-nt及更長的crRNA：DNA雙鏈體具有啟動切割的能力，Helical-II結構域構象變化激活了RuvC結構域。

然后，他們捕獲了Cas12i2的催化狀態，金屬離子和ssDNA底物都結合在RuvC催化袋中，這揭示了金屬離子對于Cas12和Cas9中RuvC域切割DNA的重要作用。這也是第一次在RuvC催化袋中觀察到ssDNA和兩個金屬離子，顯示出它們的活性狀態。

此外，Cas12i2的結構和生化特性為CRISPR效應子的分子機制提供了見識，并暗示了Cas12i2的潛在應用。研究人員觀察到，crRNA之前的加工過程對dsDNA的切割活性有影響。生化研究表明，Cas12i2以PAM獨立的方式切割ssDNA。此外，crRNA：target DNA雜合體的形成激活了RuvC催化口袋，而種子區域中的堿基配對對于激活而言并非必需。

這項研究為含RuvC的Cas蛋白對DNA切割機制提供了重要的見識，并對開發更可靠的基因組編輯或核酸檢測工具具有啟示意義。

簇狀規則間隔的短回文重復序列(CRISPR)-Cas(CRISPR相關蛋白)是存在于細菌和古細菌中的RNA引導的自適應免疫系統。