北京時間12月13日，我校藥學(xué)院藥理系、重慶中國藥科大學(xué)創(chuàng)新研究院、多靶標天然藥物全國重點實驗室肖易倍教授，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為該論文的共同第一作者。中國藥科大學(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)?；贗I型CRISPR-Cas9的基因編輯技術(shù)，獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎，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)雜的一類系統(tǒng)，闡明其作用機制具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價值。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)識別外源核酸后會合成第二信使環(huán)化腺苷(cAn)來激活下游效應(yīng)核酸酶的非特異性切割活性，從而實現(xiàn)免疫。但該團隊前期通過生物信息學(xué)分析挖掘到一類III型CRISPR-Cas下游缺失了廣泛分布的核酸酶模塊，取而代之的是一個融合了第二信使識別結(jié)構(gòu)域的脫氨酶CAAD，以及一個可能降解核苷的水解酶Nudix。表明該類系統(tǒng)的作用機制可能完全不同于已知的通過切割核酸實現(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，該團隊大膽推測這類系統(tǒng)很可能是通過核苷酸代謝來實現(xiàn)其免疫效應(yīng)。為了證明這一假設(shè)，團隊成員通過體外重組，首先證明該系統(tǒng)效應(yīng)復(fù)合物Cmr識別外源核酸后會利用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菌的生長。但ITP的蓄積往往會導(dǎo)致較強的細胞毒性，團隊進一步證明了水解酶Nudix可特異性地將ITP降解成IMP,并通過這一解毒效應(yīng)恢復(fù)細菌生長。為了闡明cA4/cA6如何激動CAAD并將ATP脫氨生成ITP的分子機制，團隊利用冷凍電鏡捕捉到了CAAD從無活性到被激活過程中一系列的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，直接觀察到并證實了其激活過程中存在協(xié)同效應(yīng)。該項研究發(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制，為開發(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，團隊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,申報專利50余項。在本課題開展過程中，團隊積極依托學(xué)校有組織科研體系，通過與生命科學(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、新加坡國立大學(xué)胡純一教授、南京財經(jīng)大學(xué)李光磊博士等團隊聯(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，湖南中醫(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家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目（82321005）、國家重點研發(fā)計劃（2023YFC3402300）、江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程第四期（1132210017）等項目的支持。上海交通大學(xué)分析測試中心和南方科技大學(xué)冷凍電鏡平臺為數(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，撰寫人：肖星宇，審稿人：劉帆、鄭詩翌）