[出典] "Mechanistic and evolutionary insights into a type V-M CRISPR–Cas effector enzyme" Omura SN [..] van der Oost J, Nureki O. Nat Struct Mol Biol 2023-07-17 https://doi.org/10.1038/s41594-023-01042-3 [著者所属] 東大, キュライオ (Currie, Inc) https://curreio.com/?page_id=454 , Wageningen U and Research, Erasmus U Medical Center.
タイプV CRISPR-Cas12エフェクターは、細菌やアーケアの移動性遺伝要素 (MGE) に対する適応免疫を提供する。多様なCas12酵素の中で、最近同定されたMycolicibacterium mucogenicum 由来のCas12m2（CRISPR-Cas サブタイプV-M）は565 aaとコンパクトで、独特なRuvC活性部位を持つ。すなわち、そのRuvC三本鎖はdsDNA切断を許さないが、それでもCas12m2はdsDNAへの高い結合親和性がもたらす転写抑制を介して、外来MGEの侵入を防御する。日本とオランダの研究チームは今回、クライオ電顕単粒子再構成法により、その構造基盤を明らかにした。
- Cas12m2 - CRISPR RNA (crRNA) - 標的DNAの三元複合体およびCas12m2 - crRNA二元複合体の2つの構造を明らかにし [Fig.1 引用右図参照]、crRNAと標的DNAもヘテロ二重鎖形成時のコンフォメーション変化を明らかにした。
- Cas12m2では、非標的DNA鎖 (non-target strand: NTS)がその認識ドメイン (RECドメイン) に独特なアルギニンに富んだクラスターとRuvCドメインの独特な非活性部位に強固に結合することで、強いdsDNA結合親和性がもたらされることを同定した。
- Cas12m2とCas12酵素の祖先とされるTnpB [＊2-4]との構造比較から、crRNAとDNA標的鎖 (target starnd: TS) とのヘテロ二重鎖のプロトスペーサー隣接モチーフ (PAM) 遠位領域と、Cas12m2に特徴的なコイルドコイルREC2挿入部との相互作用が、Cas12m2が適応免疫に関与するために重要であることが示唆された [Fig. 4引用右図参照]。
本研究の成果は、V型CRISPR-Casエフェクターの中でも独特なCas12m2の適応免疫の機構を明らかにし、TnpBからCas12酵素への進化過程への理解を深めた [Fig.5 引用左図参照]。
[構造情報]
- PDB 8HHM /EMD-34804 Cryo-EM structure of the Cas12m2-crRNA-target DNA ternary complex intermediate state (解像度 3.08 Å)
- PDB 8HIO/EMD-34824 Cryo-EM structure of the Cas12m2-crRNA binary complex (解像度 3.73 Å)
- EMD-34803 Cryo-EM structure of the Cas12m2-crRNA-target DNA full R-loop complex (解像度: 2.87 Å)
- EMD-34804 Cryo-EM structure of the Cas12m2-crRNA-target DNA ternary complex intermediate state (解像度: 3.08 Å)
- EMD-34824 Cryo-EM structure of the Cas12m2-crRNA-target DNA ternary complex intermediate state (解像度: 3.73 Å)
[引用crisp_bio記事と論文]
- [20221208更新] DNAに結合し転写を抑制する小型なCRISPR-Cas12mエフェクター； "The miniature CRISPR-Cas12m effector binds DNA to block transcription" Wu WY, Mohanraju P [..] van der Oost J. Mol Cell 2022-11-24.
- 2023-07-10 TnpBに由来するコンパクトなCas12nの発見、特徴および応用 ；"Cas12n nucleases, early evolutionary intermediates of type V CRISPR, comprise a distinct family of miniature genome editors" Chen W, Ma J [..] Ji Q. Mol Cell 2023-07-03.
- 2023-04-19 トランスポゾン関連タンパク質TnpB*の構造、Cas12への進化過程、および、標的DNAの切断機構を明らかに ；"Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme" Nakagawa R, Hirano H [..] Nureki O. Nature 2023-04-05.
- 2023-04-19 トランスポゾン関連タンパク質TnpB*の構造から、Cas12ヌクレアーゼファミリーの機能性コアを特定；"TnpB structure reveals minimal functional core of Cas12 nuclease family" Sasnauskas G, Tamulaitiene G, Druteika G [..] Karvelis T, Siksnys V. Nature 2023-04-05
- [20211010更新] トランスポゾンにコードされているIscBタンパク質は，RNAにガイドされてヒトゲノムを切断し，藻類にも存在する ; "The widespread IS200/605 transposon family encodes diverse programmable RNA-guided endonucleases" Altae-Tran H, Kannan S [..] Zhang F. Science 2021-09-09.
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