NC | tRNA-seq应用：原核Schlafen蛋白在III型CRISPR免疫过程中切割tRNA

过去十年中，原核生物与真核生物的抗病毒免疫机制展现出惊人的相似性，揭示了两者之间深层的进化联系。这些保守的免疫策略包括由cGAS类酶产生的环状核苷酸信使以激活下游效应器，以及形成孔道复合物诱导细胞死亡。

此外，模式识别受体和链终止核苷酸的产生也被证明是跨物种的防御手段。哺乳动物的Schlafen（SLFN）核酸酶通过干扰素诱导表达，能够切割宿主tRNA和rRNA以抑制病毒感染。

SLFN11是其中研究最深入的成员，它通过在密码子偏好性位点切割tRNA来限制HIV复制。然而，尽管Schlafen结构域广泛存在于细菌和古菌中，其在哺乳动物之外的生物学功能和作用机制长期以来尚不明确。

2026年7月2日，哈佛马省总医院Jonathan Strecker团队在 Nature Communications 上发表了题为“Prokaryotic Schlafen proteins cleave tRNAs during type III CRISPR immunity”的研究论文。该研究鉴定并表征了一类新型CRISPR相关Schlafen蛋白质（Cash），发现其作为III型CRISPR系统的效应因子，受cA₄信号分子激活并主要在T-loop区切割宿主tRNA。

文章索引

【标题】Prokaryotic Schlafen proteins cleave tRNAs during type III CRISPR immunity

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年7月2日

【作者及团队】哈佛马省总医院Jonathan Strecker 团队

【IF】15.7

研究结果

一、Cash蛋白质受III型CRISPR系统激活并诱导细胞毒性

研究者在III型CRISPR位点中发现了由Schlafen结构域和类Rossmann传感器结构域Csx15融合而成的Cash蛋白。

实验证明Cash受Cas10产生的环腺苷酸信号激活，通过切割tRNA（主要是T-loop区）诱导细胞毒性，从而通过流产感染机制阻止病毒扩散。

二、CbCash是一种受cA₄触发的tRNA内切核酸酶

体外生化实验表明，CbCash的生化活性严格依赖于环四腺苷酸（cA₄）及其催化位点残基。

tRNA-seq显示其广泛切割宿主tRNA，识别tRNA环中保守的U-turn结构和UUC基序，并将其水解为特定的小分子片段。

三、CbCash在静息状态下形成不活跃的十二聚体

利用冷冻电镜技术，研究者解析了CbCash在apo状态下的2.8Å结构，发现其由六个二聚体组装成具有D2对称性的十二聚体。

这种复杂的架构通过高度稳定的盐桥网络固定，将Schlafen结构域锁定在封闭状态，从而抑制其背景催化活性。

四、cA₄诱导CbCash发生丝状化转化

在加入cA₄后，CbCash十二聚体迅速解离并重新聚合成长丝状结构，冷冻电镜显示该长丝由平行的Schlafen二聚体重复单元构成。

cA₄结合在Csx15界面处诱导了显著的构象改变，使Schlafen结构域由“封闭”转为“开放”状态，从而暴露活性催化中心。

五、CbCash识别与切割tRNA的分子基础

通过解析tRNA结合状态的CbCash长丝结构，研究者观察到tRNA的特定环状结构被精准定位于开放的Schlafen口袋内。

活性中心通过E17-D22-K24催化三元组和镁离子，定位tRNA回折处的磷酸二酯键并执行剪切。

六、Schlafen蛋白质在原核生物防御系统中广泛分布

生物信息学分析揭示了多种与原核防御系统相关的Schlafen同源物，它们与Argonaute、限制修饰系统或III型CRISPR系统紧密关联。

这些蛋白质具有多样的传感器结构域，表明Schlafen核酸酶在原核免疫中具有多种多样的触发机制。

总结

本研究系统地表征了一类原核Schlafen蛋白（Cash）的结构与功能，揭示了它作为III型CRISPR免疫系统下游效应子的新角色，其通过cA₄信号激活、组装成纤维丝并切割tRNA来抵抗病毒感染。这项工作不仅扩展了我们对CRISPR免疫机制的理解，也证明了Schlafen核酸酶介导的tRNA消耗是贯穿原核生物与真核生物的一种古老且保守的抗病毒策略。