北京時(shí)間12月13日，我校藥學(xué)院藥理系、重慶中國(guó)藥科大學(xué)創(chuàng)新研究院、多靶標(biāo)天然藥物全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖易倍教授，藥學(xué)院藥理系陳美容副教授，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陸美玲副教授合作在Science雜志上以“First Release”形式在線(xiàn)發(fā)表了題為Antiviral signaling of a type III CRISPR-associated deaminase的研究論文。肖易倍教授、陳美容副教授、陸美玲副教授為該論文的通訊作者。藥學(xué)院博士研究生李鈺濤、博士后李兆星，藥學(xué)院碩士研究生閆樸睿、孔健平,以及生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生華晨揚(yáng)為該論文的共同第一作者。中國(guó)藥科大學(xué)為該論文的唯一通訊單位。
CRISPR-Cas系統(tǒng)是原核生物中廣泛存在的一種由RNA引導(dǎo)靶向外源遺傳物質(zhì)的核酸免疫系統(tǒng)。基于II型CRISPR-Cas9的基因編輯技術(shù)，獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，并在生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響。而III型CRISPR-Cas系統(tǒng)是目前發(fā)現(xiàn)的所有CRISPR-Cas系統(tǒng)中最復(fù)雜的一類(lèi)系統(tǒng)，闡明其作用機(jī)制具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。不同于其余Cas系統(tǒng)直接靶向并切割外源核酸，III型CRISPR-Cas系統(tǒng)識(shí)別外源核酸后會(huì)合成第二信使環(huán)化腺苷(cAn)來(lái)激活下游效應(yīng)核酸酶的非特異性切割活性，從而實(shí)現(xiàn)免疫。但該團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)生物信息學(xué)分析挖掘到一類(lèi)III型CRISPR-Cas下游缺失了廣泛分布的核酸酶模塊，取而代之的是一個(gè)融合了第二信使識(shí)別結(jié)構(gòu)域的脫氨酶CAAD，以及一個(gè)可能降解核苷的水解酶Nudix。表明該類(lèi)系統(tǒng)的作用機(jī)制可能完全不同于已知的通過(guò)切割核酸實(shí)現(xiàn)免疫的CRISPR-Cas系統(tǒng)。鑒于合成環(huán)化核苷酸第二信使和腺苷脫氨分別在人源核酸免疫系統(tǒng)cGAS-STING和ADAR中存在，該團(tuán)隊(duì)大膽推測(cè)這類(lèi)系統(tǒng)很可能是通過(guò)核苷酸代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)其免疫效應(yīng)。為了證明這一假設(shè)，團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)體外重組，首先證明該系統(tǒng)效應(yīng)復(fù)合物Cmr識(shí)別外源核酸后會(huì)利用ATP為底物合成cA3/cA4/cA6三種環(huán)化腺苷。其中cA4和cA6可做為第二信使特異性激活CAAD的脫氨酶活性，將ATP轉(zhuǎn)變成ITP, 迅速導(dǎo)致ATP耗竭從而抑制被感染細(xì)菌的生長(zhǎng)。但I(xiàn)TP的蓄積往往會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證明了水解酶Nudix可特異性地將ITP降解成IMP,并通過(guò)這一解毒效應(yīng)恢復(fù)細(xì)菌生長(zhǎng)。為了闡明cA4/cA6如何激動(dòng)CAAD并將ATP脫氨生成ITP的分子機(jī)制，團(tuán)隊(duì)利用冷凍電鏡捕捉到了CAAD從無(wú)活性到被激活過(guò)程中一系列的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，直接觀(guān)察到并證實(shí)了其激活過(guò)程中存在協(xié)同效應(yīng)。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了核酸免疫系統(tǒng)中一條全新的核苷代謝-免疫調(diào)控-抗病毒通路，并闡明了其具體的分子機(jī)制，為開(kāi)發(fā)III型CRISPR系統(tǒng)作為應(yīng)用工具打下重要的理論基礎(chǔ)。
近三年，團(tuán)隊(duì)成員聚焦核酸免疫與調(diào)控，以通訊作者（含共同通訊作者）在Science、Nature Chemical Biology、Cell Research、Nature Communications、PNAS、NAR、Cell Reports、APSB和JMC等學(xué)科頂尖及以上期刊發(fā)表研究論文近30篇,申報(bào)專(zhuān)利50余項(xiàng)。在本課題開(kāi)展過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)積極依托學(xué)校有組織科研體系，通過(guò)與生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳依軍教授、藥學(xué)院藥物化學(xué)系楊鵬教授、藥物分析系紀(jì)順利副教授、中藥學(xué)院趙玉成教授、湖南中醫(yī)藥大學(xué)李順祥教授、新加坡國(guó)立大學(xué)胡純一教授、南京財(cái)經(jīng)大學(xué)李光磊博士等團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，最終得以順利完成本課題。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生吳宛倩和崔鈺瑢?zhuān)现嗅t(yī)藥大學(xué)博士研究生段彥亦參與了本課題研究。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（82321005）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFC3402300）、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程第四期（1132210017）等項(xiàng)目的支持。上海交通大學(xué)分析測(cè)試中心和南方科技大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)為數(shù)據(jù)采集提供了重要支撐。
全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr0393
示意圖
（供稿單位：藥學(xué)院、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，撰寫(xiě)人：肖星宇，審稿人：劉帆、鄭詩(shī)翌）
