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一种抗病毒防御复合物中的调控蛋白决定了小干扰 CRISPR RNA 的长度。

A ruler protein in a complex for antiviral defense determines the length of small interfering CRISPR RNAs.

机构信息

From the Laboratory of Bacteriology, The Rockefeller University, New York, New York 10065.

出版信息

J Biol Chem. 2013 Sep 27;288(39):27888-97. doi: 10.1074/jbc.M113.499244. Epub 2013 Aug 9.

Abstract

Small RNAs undergo maturation events that precisely determine the length and structure required for their function. CRISPRs (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) encode small RNAs (crRNAs) that together with CRISPR-associated (cas) genes constitute a sequence-specific prokaryotic immune system for anti-viral and anti-plasmid defense. crRNAs are subject to multiple processing events during their biogenesis, and little is known about the mechanism of the final maturation step. We show that in the Staphylococcus epidermidis type III CRISPR-Cas system, mature crRNAs are measured in a Cas10·Csm ribonucleoprotein complex to yield discrete lengths that differ by 6-nucleotide increments. We looked for mutants that impact this crRNA size pattern and found that an alanine substitution of a conserved aspartate residue of Csm3 eliminates the 6-nucleotide increments in the length of crRNAs. In vitro, recombinant Csm3 binds RNA molecules at multiple sites, producing gel-shift patterns that suggest that each protein binds 6 nucleotides of substrate. In vivo, changes in the levels of Csm3 modulate the crRNA size distribution without disrupting the 6-nucleotide periodicity. Our data support a model in which multiple Csm3 molecules within the Cas10·Csm complex bind the crRNA with a 6-nucleotide periodicity to function as a ruler that measures the extent of crRNA maturation.

摘要

小 RNA 经历成熟事件,这些事件精确地决定了其功能所需的长度和结构。CRISPRs(成簇的规律间隔的短回文重复序列)编码小 RNA(crRNA),与 CRISPR 相关(cas)基因一起构成了一种序列特异性的原核抗病毒和抗质粒防御系统。crRNA 在其生物发生过程中经历多次加工事件,但对最后成熟步骤的机制知之甚少。我们表明,在表皮葡萄球菌 III 型 CRISPR-Cas 系统中,成熟的 crRNA 在 Cas10·Csm 核糖核蛋白复合物中进行测量,产生不同 6 个核苷酸增量的离散长度。我们寻找影响这种 crRNA 大小模式的突变体,并发现 Csm3 的一个保守天冬氨酸残基的丙氨酸取代消除了 crRNA 长度上的 6 个核苷酸增量。在体外,重组 Csm3 在多个位点结合 RNA 分子,产生凝胶迁移模式,表明每个蛋白结合 6 个核苷酸的底物。在体内,Csm3 水平的变化调节 crRNA 的大小分布,而不会破坏 6 个核苷酸的周期性。我们的数据支持这样一种模型,即在 Cas10·Csm 复合物内的多个 Csm3 分子以 6 个核苷酸的周期性结合 crRNA,充当测量 crRNA 成熟程度的尺子。

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