CRISPR介导的细菌免疫机制(from金斯瑞)
CRISPR/Cas适应性免疫系统分为两个主要阶段:免疫获得和免疫效应。
在免疫获得阶段,Cas蛋白剪切外源性病毒DNA,然后将该外源性DNA作为间隔序列(Spacer)插入细菌基因组重复间隔区序列之间,插入位置为首个重复序列前。
在免疫效应阶段,当细菌再次感染病毒后,重复间隔区序列转录形成前体crRNA(Pre-crRNA)。随后Cas核酸内切酶在反式激活crRNA(tracrRNA)指导下与前体crRNA结合,经RNAse III剪切后形成成熟的 crRNA-Cas-tracrRNA复合物 。成熟的crRNA作为gRNA(GuideRNA,gRNA)与病毒DNA配对,触发Cas剪切活性进而干扰病毒DNA正常复制的。
CRISPR array 包含repeat序列和spacer序列, 这两种不同的序列是间隔开来的, 本着两个repeat序列夹一个spacer序列, 如上图所示, 黑色菱形代表repeat序列, 不同颜色的方形则代表了不同的spacer序列.
Repeat序列在同一细菌中的碱基组成和长度是相对保守的, 基本不变. 在不同的细菌之间会有些许差异. Spacer序列则是用来锚定目的外源基因的, 所以spacer的序列碱基组成差异较大, 因为他们来自于不同的外源基因. Spacer 基因当中包含着被锚定基因组中的特异性高的保守序列, 确保在之后转录出的RNA 可以与被锚定基因组精确配对. CRISPR array之前通常会有一个富含A-T的leader sequence, 这个序列中包含启动子, 是用来启动repeat 和spacer序列转录的. CRISPR array 不包含阅读框(ORF, open reading frame).
规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR),以上的repeat序列和spacer序列的重复排列以及repeat序列区含有回文序列(可以形成发卡结构)的情况和 规律间隔——成簇——短回文重复序列进行对应。
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困扰我的问题和CRISPR/Cas 系统的类别
困扰我良久的疑问:重复序列的回文能形成颈环结构的特征有什么生物学意义,是不是在pre-crRNA向crRNA的成熟过程发挥作用。
但是不少资料,如上一节的第一张图显示,crRNA的成熟过程是由Trans-RNA的互补介导的。下图展示的是另一种,pre-crRNA的repeats内部形成颈环结构,后被cas6或其他核糖核酸酶剪切形成crRNA.个人认为后者更为合理,但不排除两种机制都是存在的。
from Analysis of CRISPR Pre-crRNA Cleavage
怀着这样的疑惑在pubmed上翻了一段时间后,才知道这两种情况分别存在于不同类型的CRISPR/Cas 系统中。