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CRISPR-Cas13系統細菌和古細菌中是透過單個Cas蛋白降解外源入侵RNA的獲得性免疫系統，相應的效應蛋白Cas13在crRNA介導下序列特異性識別並切割單鏈RNA，被啟用的同時還會非特異性切割周圍環境中的RNA。Cas13是近年來一種新興的RNA編輯工具，在不改變基因組序列的前提下，可以進行RNA水平的敲低、RNA的定點編輯、RNA的定位等，在基因和RNA的功能研究、疾病診斷和靶向治療等方面有巨大的潛力和應用前景。研究發現當目標RNA靶向序列的下游可以與crRNA重複區的3’端（tag）連續配對時，對Cas13a的活性有顯著抑制作用，防止宿主細胞Cas13 系統的自我靶向，與tag區域配對的序列稱為anti-tag。

2021年1月19日，中科院分子細胞科學卓越創新中心楊薈研究組、美國紀念斯隆凱特琳癌症中心Dinshaw J. Patel研究組和中科院分子細胞科學卓越創新中心丁建平研究組合作在Molecular Cell雜誌上線上發表了文章Structural basis for self-cleavage prevention by tag:anti-tag pairing complementarity in Type VI CRISPR-Cas systems，揭示了目標RNA的anti-tag序列與crRNA重複區形成的RNA雙鏈抑制Cas13a活性的分子機制。

已有的研究闡明瞭Cas13a對目標RNA特異性識別的分子機制，並發現目標RNA的裝載使HEPN接面構域從失活變為啟用狀態。在此基礎上，研究人員首先對Leptotrichia shahii和Leptotrichia buccalis兩種Cas13a進行體外酶活和體內RNA干擾研究，發現當目標RNA存在5nt以上anti-tag序列時，Cas13a對目標RNA和周圍環境中的RNA的切割活性顯著被抑制，對大腸桿菌細胞的RNA干擾活性也顯著降低。隨後，研究人員獲得了含有8nt長度anti-tag序列的RNA與LshCas13a複合物的冷凍電鏡結構，發現目標RNA的靶向區與crRNA間隔區形成RNA雙鏈，同時目標RNA的anti-tag序列與crRNA的tag區形成的RNA雙鏈。與已有的結構比較發現，含有anti-tag序列的目標RNA的結合，引起Cas13a結構域的相對移動，使Cas13a呈現出與正常目標RNA裝載前後均不相同的構象。Tag:anti-tag雙鏈的形成，阻礙了HEPN接面構域活性中心關鍵氨基酸的靠近，使HEPN接面構域保持失活狀態，從而抑制Cas13a對目標RNA和周圍環境中RNA的切割活性，進而影響在大腸桿菌細胞RNA干擾的效果。

該研究工作得到張江實驗室國家蛋白質科學研究（上海）設施電鏡分析系統、南方科技大學冷凍電鏡中心、上海科技大學冷凍電鏡中心、浙江大學冷凍電鏡中心、美國紀念斯隆凱特琳癌症中心電鏡平臺、國家蛋白質科學研究（上海）設施BL18U1和BL19U1線站的大力支援。

Anti-tag RNA的結合使HEPN接面構域處於失活狀態

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.12.033