研究人员揭示了两种金属离子催化DNA切割的结构基础

Cas9和Cas12a是在基因编辑中使用最多的两种Cas蛋白，均包含RuvC催化结构域。要了解RuvC结构域如何切割DNA，阐明含RuvC的Cas配合物处于催化有效状态时的结构至关重要，金属离子和ssDNA底物都结合在RuvC催化口袋中。

Cas12i2是2类VI型CRISPR-Cas，于2018年被发现。由于分子量比Cas12a和Cas9轻，Cas12i2有望成为基因编辑的新兴工具。进一步了解其结构和催化机理具有重要意义。

在《自然通讯》上发表的一项研究中，中国科学院生物物理研究所和中国科学技术大学的研究人员揭示了Cas12i2-crRNA复合物和Cas12i2-crRNA-DNA复合物的晶体结构。 ，Cas12i2识别和切割DNA的机制，以及由Helical-II结构域的构象变化诱导的RuvC催化口袋的活化。

研究人员报告了Cas12i2-crRNA的高分辨率结构处于三种状态，包括结合状态，种子区域配对状态和催化状态。这些数据表明13-nt及更长的crRNA：DNA双链体具有启动切割的能力，Helical-II结构域构象变化激活了RuvC结构域。

然后，他们捕获了Cas12i2的催化状态，金属离子和ssDNA底物都结合在RuvC催化袋中，这揭示了金属离子对于Cas12和Cas9中RuvC域切割DNA的重要作用。这也是第一次在RuvC催化袋中观察到ssDNA和两个金属离子，显示出它们的活性状态。

此外，Cas12i2的结构和生化特性为CRISPR效应子的分子机制提供了见识，并暗示了Cas12i2的潜在应用。研究人员观察到，crRNA之前的加工过程对dsDNA的切割活性有影响。生化研究表明，Cas12i2以PAM独立的方式切割ssDNA。此外，crRNA：target DNA杂合体的形成激活了RuvC催化口袋，而种子区域中的碱基配对对于激活而言并非必需。

这项研究为含RuvC的Cas蛋白对DNA切割机制提供了重要的见识，并对开发更可靠的基因组编辑或核酸检测工具具有启示意义。

簇状规则间隔的短回文重复序列(CRISPR)-Cas(CRISPR相关蛋白)是存在于细菌和古细菌中的RNA引导的自适应免疫系统。