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2014年8月12日,Nature杂志在线发表了题为Crystal structure of the RNA-guided immune surveillance Cascade complex in Escherichia coli的论文,该文章揭示了Cascade的晶体结构及其和RNA相互作用的方式,为阐释Cascade如何发挥功能提供了重要依据.CRISPR/Cas系统研究作为近几年被看好的冲击诺奖的强力候选领域之一,文章发表后,中国科学院生物物理研究所王艳丽研究组受到国际同行的瞩目.
在2010年入选“百人计划”归国之前,王艳丽在日本和美国长期从事的正是RNA干扰机理方面的研究.2006年年初,她作为访问学者在美国佐治亚大学参和结构基因组的工作,后转入美国著名的斯隆-凯瑟琳癌症研究所从事RNA结合蛋白和RNA复合物的结构和功能研究,取得了多项重要研究成果.2008年、2009年她都以第一作者身份在Nature杂志上发表论文全文,另外一篇发表在2010年Nat Struct Mol Biol杂志上.具体成果包括：解析了Argonaute蛋白和向导链的二元复合物结构,第一次鉴定了向导链的结合通道,阐明了向导链识别靶mRNA的分子机制；同时还解析了一系列的Argonaute蛋白和向导链以及靶mRNA的三元复合物结构,首次确定了靶链和向导链在 Argonaute 蛋白中的结合方式,阐明了Argonaute蛋白切割靶mRNA的分子机制.RIG-I蛋白在dsRNA病毒的固有免疫应答过程中发挥重要作用,王艳丽解析了RIG-I和5’-pppdsRNA的复合物机构,阐述了宿主通过RIG-I识别自身和病毒RNA的分子机制,为病毒的防御及治疗提供理论依据.
2010年,王艳丽入选“百人计划”,来到中科院生物物理所从事核酸结合蛋白和核酸复合物的结构研究.2014年,王艳丽课题组成功解析了Cascade的高分辨率晶体结构.而在此之前,借助于单颗粒冷冻电镜手段,研究人员只在2011年获得了Cascade复合物自身在8埃分辨率下的结构.总体来看,Cascade复合物质量约为405kDa,外观上呈现出近似于“海马”的结构,含有的组分包括有5种蛋白组成的11个亚单位以及一段61个核苷酸的成熟crRNA.
通过研究,王艳丽和同事们发现,Cascade呈现出和冷冻电镜相似的“海马”结构.11个亚基形成两个结构层,6个CasC、CasD和CasE形成弓形的外层,并且6个CasC形成对称性的螺旋结构,CasE和CasA分别和两端的CasC相互作用.内层包括CasA和2个CasB,通过CasA-CasD相互作用以及和CasC侧面多个弱的接触位点结合.61个核苷酸的crRNA横跨Cascade的11个亚基,并和6个CasC亚基相互作用,5’和3’末端分别被CasD和CasE锚定.CrRNA的间隔区序列定位在CasC1-6亚基形成的连续的沟槽中.来自CasC2-6的5个长β发卡结构穿过crRNA.因此crRNA被分成5个片断,每个片段包括5个堆叠的碱基和一个翻转的碱基.每一个crRNA间隔区片断通过相似的方式和CasC相互作用.同期发表的Cascade复合物和单链靶DNA的晶体结构显示,crRNA和靶DNA不形成双螺旋,而是形成解旋不足的带状结构.
作为一支年轻的科研队伍,能在短时间内取得如此丰硕的成绩.王艳丽不无感慨.带领团队,她始终希望学生们和年轻的博士后能够发自内心的热爱自己所从事的工作.就如同她自己的经历一样,本是误打误撞进了大学生物系的他,慢慢地在实验室里感受到了大自然的奇妙.而她选择用“震撼”两个字来形容这种神奇,巧夺天工的设计让人不禁赞叹,同时也产生了尊重规律以及对于自然谦卑畏敬的心.
吃饭的时间根据实验的时间来确定、趁着仪器自动工作的空档赶紧扒拉两口是这个课题组的常态,为了保持试验温度加班加点一次完成更是“必备品项”.笑称自己做不了其他工作的王艳丽,并不认为国内实验室的水准低于国外.谈到如何管理团队,她更多地希望通过感染的方式传达这样的勤奋和态度.
尽管目前CRISPR/Cas的研究已经取得可喜的进展,但是Cas蛋白呈现高度的多样性,而且大部分蛋白的功能尚不清楚,而这些也正是王艳丽课题组未来努力的主要方向.这支年轻且充满活力积极向上的队伍将带来哪些惊喜,不禁让人拭目以待.
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