CRISPR-Cas是广泛存在于古菌和细菌中的获得性免疫体系，由小RNA介导Cas蛋白保护它们的宿主细胞免受移动遗传因子(mobile genetic element, MGE)的入侵。这一原核生物免疫系统可分为两大类，六个不同的类型。研究表明，I，II，V型CRISPR-Cas系统编码小RNA介导的靶标DNA干涉活性，VI型系统编码小RNA介导的靶标RNA和靶标RNA激活的RNA干涉活性，然而III型CRISPR-Cas系统具有多重干涉活性，这包括：小RNA介导的靶标RNA切割，靶标RNA激活的ssDNA(单链DNA)切割，以及环状寡聚腺苷酸(cyclic oligoadenylates, cOA )信号分子合成。cOA信号分子与CRISPR辅助蛋白—Csm6/Csx1家族蛋白的CARF(CRISPR-associated Rossmann fold )结构域具有特异性相互作用，从而诱导Csm6/Csx1家族蛋白构型变化，激活蛋白中的HEPN结构域，而使Csm6/Csx1蛋白发挥降解非特异RNA功能。但是，目前尚未揭示cOA与Csm6/Csx1家族蛋白的CARF结构域相互作用，从而激活其HEPN结构域的RNA酶(RNase)活性分子机制。
　　本研究以古菌SulfolobusislandicusRey15A(Sis)为研究材料来研究cOA的信号通路。该古菌编码两个III-B型CRISPR-Cas系统，分别为SisCmr-α和SisCmr-β。本实验室的前期研究结果指明，由Cmr1α-Cmr6α六个亚基和crRNA组成的SisCmr-α核酸蛋白复合物具有三重活性。并且，其合成的环状四腺苷酸(cyclic tetra-adenylate, cA4)分子能激活SisCsx1蛋白的RNase活性。为了揭示cOA分子激活Csm6/Csx1家族蛋白RNase活性机制，我们解析了SisCsx1-cA4复合体晶体结构。研究发现，SisCsx1是由三个二聚体组合而成的六聚体。每个二聚体形成一个cA4结合口袋和一个RNA降解催化口袋。结合口袋在结合cA4后发生构象变化，这种构象变化作为一种信号通过HTH结构域传递至RNA降解催化口袋，从而激活催化口袋中的RNA降解。六聚体SisCsx1的RNase活性以顺序协作的方式被激活去水解5-C-C-3中的磷酸二酯键。另外，环核酸酶(Ring nuclease)通过降解cA4使SisCsx1失活，从而形成了完整的cA4信号通路。
　　S.islandicusRey15A编码的另一个由Cmr1β-Cmr6β+Cmr7七个亚基组成的III-B型CRISPR-Cas系统，即SisCmr-β，目前还不清楚它的免疫机制。本研究通过纯化S.islandicusRey15A中内源的SisCmr-β核酸蛋白复合物，并采用多种生化实验方法研究该效应复合物的活性。研究发现，SisCmr-β复合物中的小RNA长度分布在45nt至60nt之间，主要集中在55nt。该复合物除了具有靶标RNA切割、cOA合成和靶标RNA激活的ssDNA切割这些III型系统的经典活性之外，还具有靶标RNA激活的非特异RNA切割活性，并且cOA合成可增强其靶标RNA激活的核酸酶活性。SisCmr-β是目前发现的唯一一个同时具有四重活性的III型CRISPR-Cas系统。因此，它代表了一个III型CRISPR-Cas系统的一个新亚型。本研究还指明，Cmr2β亚基中的HD结构域是ssDNase和非特异RNase活性位点。Cmr2β的Palm2结构域与cOA合成和核酸酶活性增强相关。此外，本研究还发现，虽然SisCmr-β合成的cOA可以激活SisCsx1蛋白，但与SisCmr-α比较，SisCmr-β的cOA合成能力较弱。我们的研究结果提示，SisCmr-α系统和SisCmr-β系统在冰岛硫化叶菌防御过程中可能存在分工和功能互补，从而为宿主提供高效免疫能力。