在这张基于低温电子显微镜图像的插图中，Cas12a2蛋白解压缩了DNA双螺旋结构，使其能够切割单链DNA(蓝色和绿色)。[JackBravo/德克萨斯大学奥斯汀分校]

在CRISPR工具包中，Cas12a2就像一把瑞士军刀——一​​个工具可以做多种事情。核酸酶对单链RNA、单链DNA和双链DNA进行RNA引导的序列非特异性降解。然而，这种酶如何不分青红皂白地进行切割仍不清楚。

现在，研究人员通过解析其结构来阐明其核酸酶活性。该团队使用冷冻电子显微镜报告了二元、三元和四元复合物中Cas12a2的结构，以为系统机制提供结构基础。可以利用这项工作来创建理性的突变体，这些突变体可以降解一系列的附属底物。此外，这一发现可能有助于开发针对多种传染病(包括COVID-19、流感、埃博拉和寨卡病毒)的新型、廉价且高度敏感的家庭诊断测试。

这项工作发表在Nature上的论文“RNAtargetingundiscriminatenucleaseactivityofCRISPR-Cas12a2。”

最近发现来自Sulfuricurvumsp.的Cas12a2。PC08-66依靠流产感染(休眠或细胞死亡以响应入侵者的存在)来实现群体水平免疫，而不是CRISPR-Cas系统使用的更典型的系统来靶向和降解外来遗传元件，包括噬菌体和质粒。

研究人员使用低温EM发现，当Cas12a2与来自病毒的特定目标RNA序列结合时，Cas12a2的一侧会摆出以显示一个活性位点，该位点开始不加区别地切割它接触到的任何遗传物质。

更具体地说，作者写道，他们的结构揭示了“Cas12a2在结合同源RNA靶点之前是自抑制的，这会在一个带正电荷的大裂隙中暴露出RuvC活性位点。”他们指出，双链DNA底物通过双链扭曲和局部熔化被捕获，并由对双链DNA降解和体内免疫系统功能至关重要的成对“芳香钳”残基稳定。

“Cas12a2基本上抓住了DNA双螺旋的两端并将其弯曲得非常紧，”德克萨斯大学奥斯汀分校大卫泰勒实验室的博士后研究员JackBravo博士说。“因此，中间的螺旋突然打开，然后这使得这个活性位点能够破坏变成单链的DNA片段。这就是Cas12a2与所有其他DNA靶向系统的不同之处。”

通过Cas12a2蛋白的单一突变，活性位点仅降解单链DNA——这一特性在开发针对各种病毒的新诊断方法时特别有用。

基于这项技术的测试在理论上可以将检测病毒遗传物质的基于PCR的测试的最佳特性(高灵敏度、高精度和检测活动性感染的能力)与快速在家诊断的最佳特性结合起来测试(无需专门的实验室设备即可生产，成本低廉)。它还很容易适应任何新的RNA病毒。

“如果明天出现某种新病毒，你所要做的就是弄清楚它的基因组，然后在你的测试中改变引导RNA，你就可以对它进行测试，”副教授DavidTaylor博士说。德克萨斯大学奥斯汀分校分子生物科学系。

同一期《自然》杂志上的一篇题为“Cas12a2通过RNA触发的dsDNA破坏引发流产感染”的论文描述了Cas12a2的生物学功能。

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