Structural basis for CRISPR RNA-guided DNA recognition by Cascade

反式激活crRNA 清脆的 DNA 生物 核糖核酸 Cas9 计算生物学 质粒 核糖核蛋白 碱基对 引导RNA 回文 遗传学 细胞生物学 基因
作者
Matthijs M. Jore,Magnus Lundgren,Esther van Duijn,Jelle B. Bultema,Edze R. Westra,Sakharam Waghmare,Blake Wiedenheft,Ümit Pul,Reinhild Wurm,Rolf Wagner,Marieke R. Beijer,Arjan Barendregt,Kaihong Zhou,Ambrosius P. Snijders,Mark J. Dickman,Jennifer A. Doudna,Egbert J. Boekema,Albert J. R. Heck,John van der Oost,Stan J. J. Brouns
出处
期刊:Nature Structural & Molecular Biology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (5): 529-536 被引量:555
标识
DOI:10.1038/nsmb.2019
摘要

The CRISPR system is a prokaryotic immune system that depends on the Cascade protein complex and small guide RNAs (crRNAs). The Cascade complex, loaded with crRNA, is now characterized, the overall architecture of Cascade deduced, and the complex found to identify targets by formation of an R loop between the crRNA and dsDNA. The CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) immune system in prokaryotes uses small guide RNAs to neutralize invading viruses and plasmids. In Escherichia coli, immunity depends on a ribonucleoprotein complex called Cascade. Here we present the composition and low-resolution structure of Cascade and show how it recognizes double-stranded DNA (dsDNA) targets in a sequence-specific manner. Cascade is a 405-kDa complex comprising five functionally essential CRISPR-associated (Cas) proteins (CasA1B2C6D1E1) and a 61-nucleotide CRISPR RNA (crRNA) with 5′-hydroxyl and 2′,3′-cyclic phosphate termini. The crRNA guides Cascade to dsDNA target sequences by forming base pairs with the complementary DNA strand while displacing the noncomplementary strand to form an R-loop. Cascade recognizes target DNA without consuming ATP, which suggests that continuous invader DNA surveillance takes place without energy investment. The structure of Cascade shows an unusual seahorse shape that undergoes conformational changes when it binds target DNA.
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