CAS1-CAS2複合体形成は、CRISPR-CAS適応免疫中にスペーサーの獲得を仲介します

CRISPR-CAS免疫の初期段階には、外来DNAスペーサーセグメントがホストゲノムCRISPR遺伝子座に統合されることが含まれます。ヌクレアーゼCAS1とCas2は、すべてのCRISPR-CASシステムの中で保存されている唯一のタンパク質ですが、免疫中のこれらのタンパク質の分子機能は不明です。ここでは、Escherichia coliのCas1とCas2が空間獲得に不可欠な安定した複合体を形成し、Cas1-Cas2複合体の2.3Å分解溶液結晶構造を決定することを示しています。CAS1-CAS2複合体形成を摂動する突然変異は、in vivoでのCRISPR DNA認識とスペーサーの獲得を破壊します。Cas2の活性部位変異体は、Cas1の活性部位変異体とは異なり、新しいスペーサーを獲得することができ、したがって免疫中のCas2の非酵素的役割を示しています。これらの結果は、Cas1とCas2の普遍的な役割を明らかにし、CAS1-CAS2複合体がCRISPRスペーサー統合の部位を指定するメカニズムを示唆しています。

The initial stage of CRISPR-Cas immunity involves the integration of foreign DNA spacer segments into the host genomic CRISPR locus. The nucleases Cas1 and Cas2 are the only proteins conserved among all CRISPR-Cas systems, yet the molecular functions of these proteins during immunity are unknown. Here we show that Cas1 and Cas2 from Escherichia coli form a stable complex that is essential for spacer acquisition and determine the 2.3-Å-resolution crystal structure of the Cas1-Cas2 complex. Mutations that perturb Cas1-Cas2 complex formation disrupt CRISPR DNA recognition and spacer acquisition in vivo. Active site mutants of Cas2, unlike those of Cas1, can still acquire new spacers, thus indicating a nonenzymatic role of Cas2 during immunity. These results reveal the universal roles of Cas1 and Cas2 and suggest a mechanism by which Cas1-Cas2 complexes specify sites of CRISPR spacer integration.