每日文献（3）-基于结构和 AlphaFold 的 Cas13

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主要内容

本文主要内容是关于基于AlphaFold2的蛋白质结构预测，讨论了一种将CRISPR/Cas13基因编辑系统进行微型化的策略。CRISPR-Cas系统是一种基因编辑技术，广泛应用于研究、治疗、诊断和成像等领域。然而，Cas酶的体积较大以及在体内传递的限制对治疗应用提出了挑战。该文献介绍了一种名为“相互作用、动力学和保守性（IDC）”策略，用于蛋白质微型化，该策略涉及分析Cas酶的相互作用位点、构象变化和保守性。利用该策略生成了五种紧凑型Cas13变体，并展示了它们与野生型酶相比具有相当的RNA结合和切割活性。此外，研制了一种紧凑型RNA碱基编辑酶，并展示了其高效的编辑效率和RNA降解活性。这些发现突出了一种可行的CRISPR/Cas13系统微型化策略，实现了RNA的靶向降解和编辑，可用于基础研究和治疗应用。IDC策略可应用于整个Cas13蛋白家族，为基因编辑技术的进一步优化提供了机会。

提几个问题记录下这篇文献内容

蛋白质微型化的 IDC 策略是什么？

通过分析Cas酶的相互作用位点、构象变化和保守性来实现。该策略结合了AlphaFold2的结构预测技术，用于生成Cas13的紧凑变体。具体而言，研究利用AlphaFold2预测了Cas13家族蛋白的结构，然后通过分析这些结构的相似性，确定了Cas13蛋白的紧凑变体。通过删除Cas13蛋白的部分结构域，包括NTD、HEPN1、HEPN2、Helical1和Helical2等，研究生成了Cas13的紧凑变体。这些紧凑变体与野生型Cas13酶相比，具有类似的RNA结合和切割活性。通过应用IDC策略，研究团队成功地利用AlphaFold2生成了Cas13的紧凑变体，为基础研究和治疗应用提供了一种可行的策略。

AlphaFold2 是如何用于预测蛋白质结构的？

AlphaFold2预测蛋白质结构的过程如下。首先，使用Google Colab和默认设置，通过AlphaFold2对Cas13d和Cas13b蛋白质的整个结构进行预测。然后，对前五名的输出结果进行比较，并选择排名第一的结果来制作相关的结构图像。

利用AlphaFold2预测蛋白质结构后，可以得到Cas13d家族蛋白的一些相关信息。研究发现，Cas13d蛋白家族的成员之间具有高度的结构相似性。尽管在序列上的相似性较低，但Cas13d蛋白家族的成员的结构显示出非常高的相似性。基于AlphaFold2的结构预测，研究人员进一步确定了Cas13d蛋白家族中的保守结构单元和独特结构单元的位置。这些结构信息为将Cas13d蛋白的结构进行精简提供了参考，从而生成了缩小的Cas13蛋白变种。此外，通过与其他Cas13家族蛋白进行比较，研究人员还发现Cas13d蛋白家族中的某些结构领域存在插入的差异。这些信息表明，AlphaFold2为进一步优化基因编辑技术提供了机会，并为在基础研究和治疗应用中实现RNA靶向降解和RNA编辑提供了可能性。

综上所述，通过AlphaFold2预测蛋白质结构，研究人员获得了Cas13d蛋白家族的结构信息，包括成员之间的结构相似性和独特的结构差异。这些信息为精简Cas13蛋白的结构以及促进基因编辑技术的进一步优化提供了重要的线索和理论基础。

Cas13a、Cas13d 和 Cas13b 亚型之间有何异同，它们在靶 RNA 识别和裂解过程中如何发挥作用？

Cas13a、Cas13d和Cas13b是CRISPR‒Cas13系统的亚型，它们在目标RNA的识别和切割功能上有一些共同点和区别。

相似点:

1. 都是RNA专一靶向的CRISPR核酸酶，通过与特定的crRNA（引导RNA）形成复合物来识别和切割目标RNA。

2. 都包含一个预-crRNA处理催化中心和一个由两个保守的R-X4-H基序组成的目标RNA切割催化中心。

3. 在从二聚型（二聚复合物）到三聚型（三聚复合物）的构象变化中均发生一些相似的构象变化。

不同点:

1. 结构差异：Cas13a和Cas13d由一个crRNA识别（REC）和一个核酸酶（NUC）组成，它们的二聚复合物到三聚复合物的构象变化是相似的；而Cas13b的主要构象变化是从二聚到三聚的过程中HEPN1和Helical-2的开放构象发生较大改变。

2. 附属蛋白的调节：Cas13b被附属蛋白Csx27和Csx28调节，而Cas13a和Cas13d被其他附属蛋白调节。

在目标RNA的识别和切割功能上，Cas13a、Cas13d和Cas13b均通过与特定的crRNA形成复合物来识别和切割目标RNA。它们在构象变化和结构组成上存在一些差异，但整体功能上相似。具体的看原文和其他资料。

结构动力学在 Cas13 功能中的作用是什么，它对整个蛋白质构象有何贡献？

蛋白质的结构动态在Cas13功能中扮演了重要角色，并对整体蛋白质构象的形成起到贡献。结构动态是指蛋白质领域内的构象变化。在Cas13中，当与crRNA结合和靶向RNA结合时，结构域间发生重新排列，导致整个蛋白质构象发生显著变化，尤其是二级结构的重新组织变化相对较小。结构域内的构象变化对整个蛋白质的构象变化起到贡献，部分是因为长程相关性和蛋白质内任何残基的局部扰动可以被蛋白质分子中其他空间上远离的残基感知。此外，结构域单元的某些部分对于结构域的功能并不重要，因此在Cas13酶的内部重排过程中，这些次要结构单元被删除。

结构动态的变化对Cas13蛋白质的功能至关重要。Cas13酶的主要功能包括前crRNA加工、crRNA识别和靶向RNA切割。这种构象变化会影响Cas13与RNA的交互作用。因此，通过观察构象变化并分析其对CrRNA结合和靶向RNA切割的影响，可以揭示Cas13功能的关键机制。

总的来说，结构动态在Cas13功能中起到桥梁作用，它调控着Cas13蛋白质的构象变化，进而影响其与RNA的交互作用和功能表现。