科学家解析出 Anti-CRISPR I 系统结构

CRISPR-Cas是原核生物中广泛存在的一种适应性免疫系统,用来清除外来遗传物质的入侵。而噬菌体病毒通过表达一类称之为Anti-CRISPR的蛋白来拮抗细菌体内的CRISPR-Cas免疫防御系统。

Anti-CRISPR蛋白彼此之间序列同源性非常低,而且发挥功能方式也是多种多样的。到目前为止,超过20类的Anti-CRISPR蛋白得到了鉴定。其中,抑制I-F型CRISPR-Cas系统(也被称作Csy复合体)的Anti-CRISPR蛋白是最早被鉴定的,同时也是种类最多的(包括AcrF1-10)。虽然AcrF1、AcrF2、AcrF10的蛋白结构以及抑制I-F型CRISPR-Cas系统机制得到了鉴定,但是其它类抑制I-F型CRISPR-Cas系统的Anti-CRISPR蛋白的功能发挥机制仍然有待阐明。

科学家解析出 Anti-CRISPR I 系统结构

近日,斯坦福大学Wah Chiu(赵华,美国科学院院士、斯坦福大学教授)团队与哈尔滨工业大学黄志伟团队合作,在 PNAS杂志发表题为:Inhibition Mechanisms of AcrF9, AcrF8, and AcrF6 Against Type I-F CRISPR-Cas Complex Revealed by Cryo-EM 的研究论文。作者利用冷冻电镜单颗粒技术解析了AcrF9、AcrF8、AcrF6与I-F型Csy复合物的结构,分辨率分别为2.57、3.42、3.15埃。这也是两个团队第二次合作取得的重要进展。

该原子分辨率结构的解析清楚的向我们展示了AcrF9、AcrF8和AcrF6蛋白是如何与CRISPR-Csy复合物结合并抑制其活性。AcrF9结合到Csy螺旋骨架上的关键DNA结合位点,AcrF6结合Cas7.6f和Cas8f之间的交界处以抑制DNA双链解旋,而AcrF8结合到Csy螺旋骨架上的不同位置并与crRNA产生相互作用,这在抑制Csy复合物的其他Acr蛋白中并未报道过。

此外,分辨率高达2.57埃的Csy-AcrF9复合物结构揭示了Csy复合物在原子层次上精准的分相互作用的结构细节,并且在部分区域观察到了水分子参与此相互作用,这是之前从未报道过的。随后,该团队科研人员进行的生化突变实验进一步支持了这些结构机制。这一研究成果为设计靶向I-F型CRISPR-Cas系统基因编辑工具的调控装置提供了可靠的结构基础

科学家解析出 Anti-CRISPR I 系统结构
图2.  鉴定未知转运体策略


斯坦福大学生物工程系的张凯铭李珊珊以及哈尔滨工业大学生命科学学院的王硕朱玉威为本文共同第一作者,Wah Chiu教授和黄志伟教授为本论文共同通讯作者。论文链接:

https://www.pnas.org/content/early/2020/03/12/1922638117

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