自然·通訊 | 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)解永超/王勇團(tuán)隊揭示抗CRISPR蛋白雙重抑制機(jī)制

2026-06-11 19:26:09　來源: BioPeers

浙江舉報

分享至

細(xì)菌的CRISPR-Cas免疫系統(tǒng)能識別并切割噬菌體的DNA，噬菌體則演化出抗CRISPR蛋白（Acr）進(jìn)行反制。此前人們發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)Acr蛋白都通過干擾Cys效應(yīng)復(fù)合物來發(fā)揮作用，直接抑制核心核酸酶Cas2/3的雙重機(jī)制一直缺乏清晰的解釋。

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王勇、解永超教授團(tuán)隊聯(lián)合多家科研單位完成了題為《Structural basis for dual mechanism of Cas2/3 nuclease inhibition by anti-CRISPR protein AcrIF19》的研究。該工作利用冷凍電鏡技術(shù)解析了Cas2/3及其與AcrIF19復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，揭示了一種前所未有的雙重抑制策略。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)王勇、解永超教授，北京科技大學(xué)王文賀，北京化工大學(xué)張怡副教授擔(dān)任共同通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究生撒元碩、劉春蕾、岳嶺以及宜春學(xué)院楊靈光副教授為論文共同第一作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一單位。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，AcrIF19是一個結(jié)構(gòu)緊湊的小蛋白，表面伸出一個連接β2和β3折疊片的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這個環(huán)富含谷氨酸和天冬氨酸等酸性氨基酸，剛好插入Cas2/3的ssDNA進(jìn)入通道里頭。電子顯微鏡圖像清楚顯示這個環(huán)像一把鑰匙堵住了鎖眼，讓非靶標(biāo)DNA鏈沒有辦法被Cas2/3識別和招募。突變實驗驗證了這一點(diǎn)：即把環(huán)上的酸性殘基換成精氨酸以后，AcrIF19幾乎完全喪失了抑制能力。

更關(guān)鍵的是第二重抑制。研究人員解析了沒有結(jié)合任何配體的天然狀態(tài)Cas2/3的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它的RecA1結(jié)構(gòu)域里有一個螺旋樣的loop（第488到523位殘基）恰好插在HD核酸酶結(jié)構(gòu)域的催化通道中，把整個酶鎖定在一個自抑制狀態(tài)。只有當(dāng)Cys-dsDNA復(fù)合物形成R-loop結(jié)構(gòu)并招募Cas2/3的時候，這個loop才會擺動出去讓出催化位點(diǎn)，核酸酶才被激活。AcrIF19結(jié)合到Cas2/3上以后，恰恰把這個自抑制構(gòu)象給穩(wěn)定住了——那個螺旋loop繼續(xù)堵在催化通道里，ssDNA底物始終夠不到活性中心。

AcrIF19同時完成了三項抑制的任務(wù)：堵住底物進(jìn)入的通道、鎖死酶活性的開關(guān)、阻斷Cas2/3被Cys復(fù)合物的招募。與此對照的是，已知的另外兩種Cas2/3抑制劑AcrIF3和AcrIF23各自只能阻斷其中某一兩個環(huán)節(jié)。這項研究為理解噬菌體如何精準(zhǔn)破壞細(xì)菌免疫系統(tǒng)提供了新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為將來改造CRISPR-Cas3基因編輯工具帶來了新的啟發(fā)。

READING

BioPeers

特別聲明：以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布，本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.