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Structure paper

タイトルStructural visualization of the molecular evolution of CRISPR-Cas9.
ジャーナル・号・ページNat Struct Mol Biol, Vol. 33, Issue 2, Page 304-317, Year 2026
掲載日2026年1月30日
著者Naoto Nagahata / Kazuki Kato / Sota Yamada / Soumya Kannan / Sae Okazaki / Yukari Isayama / Masahiro Hiraizumi / Keitaro Yamashita / Eugene V Koonin / Feng Zhang / Hiroshi Nishimasu /
PubMed 要旨RNA-guided DNA nucleases Cas9 and IscB (insertion sequences Cas9-like OrfB) are components of type II CRISPR-Cas adaptive immune systems and transposon-associated OMEGA (obligate mobile element- ...RNA-guided DNA nucleases Cas9 and IscB (insertion sequences Cas9-like OrfB) are components of type II CRISPR-Cas adaptive immune systems and transposon-associated OMEGA (obligate mobile element-guided activity) systems, respectively. Sequence and structural comparisons indicate that IscB (~500 residues) evolved into Cas9 (~700-1,600 residues) through protein expansion coupled with guide RNA miniaturization. However, the specific sequence of events in this evolutionary transition remains unknown. Here, we report cryo-electron microscopy structures of four phylogenetically diverse RNA-guided nucleases-two IscBs and two Cas9s-each in complex with its cognate guide RNA and target DNA. Comparisons of these four complex structures to previously reported IscB and Cas9 structures indicate that evolution from IscB to Cas9 involved the loss of the N-terminal PLMP domain and the acquisition of the zinc-finger-containing REC3 domain, followed by bridge helix extension and REC1 domain acquisition. These structural changes led to expansion of the REC lobe, increasing the target DNA cleavage specificity. Additionally, the structural conservation of the RNA scaffolds indicates that the dual CRISPR RNA (crRNA) and trans-activating crRNA guides of CRISPR-Cas9 evolved from the single ωRNA guides of OMEGA systems. Our findings provide insights into the succession of structural changes involved in the exaptation of transposon-associated RNA-guided nucleases for the role of effector nucleases in adaptive immune systems.
リンクNat Struct Mol Biol / PubMed:41617991
手法EM (単粒子)
解像度2.38 - 3.17 Å
構造データ

EMDB-62001, PDB-9k2z:
Cryo-EM structure of the HfmIscB-omega RNA-target DNA complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.78 Å

EMDB-62002, PDB-9k30:
Cryo-EM structure of the TbaIscB-omega RNA-target DNA complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.17 Å

EMDB-62003, PDB-9k31:
Cryo-EM structure of the YnpsCas9-guide RNA-target DNA complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.38 Å

EMDB-62004, PDB-9k32:
Cryo-EM structure of the NbaCas9-guide RNA-target DNA complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.85 Å

化合物

ChemComp-MG:
Unknown entry

ChemComp-HOH:
WATER

ChemComp-ZN:
Unknown entry

由来
  • metagenome (メタゲノム)
  • synthetic construct (人工物)
  • tissierellia bacterium (バクテリア)
  • nitrospirota bacterium (バクテリア)
キーワードRNA BINDING PROTEIN / RNA-guided DNA nuclease

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月:コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか? / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例:em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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万見文献

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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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