[出典] "A Functional Mini-Integrase in a Two-Protein-type V-C CRISPR System" Wright AV, Wang JY, Burstein D, Iavarone AT, Banfield JF, Doudna JA. Mol Cell. 2019-01-29. 2019-02-21;73(4):727-727.e3.

背景
  • CRISPR-Cas獲得/適応免疫機構は外来DNA断片を宿主ゲノムのCRISPR遺伝子座に格納すること(adaptation/適応過程)で成立し、CRISPR遺伝子座は繰り返し配列の間に外来DNA断片由来のスペーサを"記憶"するCRISPRアレイの形をとっている。
  • ほとんどのCRISPRシステムの適応過程がCas1とCas2に依存しているが、タイプV-CとV-Dのシステムの多くはcas2遺伝子を欠いており、CRISPR遺伝子座のリピート配列とスペーサ配列が他のCRISPRシステムに比べて短い。
  • Casタンパク質の進化系統解析から、Cas1は、casposonと命名されたDNAトランスポゾンに由来することが示唆されている。
  • タイプV-CとタイプV-Dはこれまで、メタゲノム解析によって、培養不可能な微生物から見出されている。
成果
  • J. A. Doudnaらは今回、JGIのIMG/Mデータベースのメタゲノムデータを改めて解析し、マウス盲腸由来と甲虫の腸由来のメタゲノムからそれぞれ新奇なV-CシステムとV-Dシステムを同定し、cas2遺伝子欠損と短いスペーサを確認した。
  • 今回のV-CとV-DからのCas1を精製し、E. coli由来Cas1-Cas2複合体インテグラーゼをコントロールとして、33-bpまたは18-bpの長さのDNAを基質としてそのインテグラーゼ活性をアッセイし、タイプV-C Cas1が18-bp DNAに対して活性を示すことを同定した。
  • 続いて、15 -/35-bpの2種類のプロトスペーサを対象とする実験から、タイプV-C Cas1がミニ・インテグラーゼ (mini-integrase)として単独で、17-bpから19-bpの比較的短いDNA断片の獲得・格納を実現することを同定した。
  • ミニ・インテグラーゼはin vitroでプロトスペーサを多くのオフターゲット部位に組み込み、これを排除する宿主因子や分子機構がin vivoでの適応過程に関与していることが示唆された。
  • Cas1は適応過程におけるプロトスペーサ結合時に、他の多くのCRISPR Casシステムと異なり、Cas2に拠るブリッジを介さず4量体を形作る。この違いが、タイプV-CとV-Dのスペーサを他のシステムよりも短くすることが示唆された。
  • 進化系統樹から見て、ミニ・インテグラーゼは、Cas2がシステムに加わる以前の祖先型Cas1に相当するとした。