...偉教授團隊揭示 Anti-CRISPR 對I-F型CRISPR-Cas複合物的抑制機制

近日，我校生命科學中心黃志偉課題組與美國史丹福大學趙華（Wah Chiu）教授課題組合作在《美國科學院院報》（PNAS）上發表了題為《冷凍電鏡技術揭示AcrF9，AcrF8和AcrF6對I-F CRISPR–Cas複合物的抑制機制》（Inhibition mechanisms ofAcrF9, AcrF8, and AcrF6 against type I-F CRISPR–Cascomplex revealed by cryo-EM ）的研究文章。該研究使用冷凍電鏡首次解析了三個Acr蛋白（AcrF9，AcrF8和AcrF6）抑制Csy複合物的結構，其解析度分別為2.57Å，3.42Å和3.15Å。

原核生物和病毒之間的共進化已經持續了數百萬年。原核生物利用由CRISPR和CRISPR相關（Cas）基因組成的適應性免疫系統來對抗病毒。細菌I-F型CRISPR-Cas通過crRNA指導的Csy複合物來識別外源DNA並募集核酸酶-解旋酶蛋白（即Cas2/3）降解病毒DNA。Csy複合物由四種Cas蛋白（Cas5f-8f）和一個60 nt的crRNA組成，即Cas5f16f17f68f1:crRNA1。病毒進化出多種anti-CRISPR（Acr）蛋白來識別並抑制CRISPR-Cas系統的功能，其中AcrF9、AcrF8和AcrF6抑制csy複合物的作用機制並不清楚。

課題組通過解析三種複合物結構發現具有68個胺基酸殘基的AcrF9由一對反平行β-摺疊組成，兩個分子AcrF9結合一個分子Csy複合物，多個氫鍵和疏水性相互作用介導了它們的互作。Cas7f亞基的富含賴氨酸的區域（K76，K78，K84和K256）對於Csy複合物的DNA結合至關重要，並且結構上也發現它也與AcrF9廣泛相互作用，推測AcrF9可能競爭性結合Csy複合物的DNA結合位點。事實上，AcrF9突變體（Q38A和F40A）不再對Csy複合物的活性產生抑制作用，底物DNA被迅速降解，所以AcrF9通過競爭性結合DNA結合位點發揮其anti-CRISPR功能。此外結構發現AcrF9還與Cas8f亞基有互作，並導致整體構象的變化，Cas8f的環區域移動到閉合位置，從而將複合物與AcrF9的結合鎖定；通過相似的結構生物學以及體外活性檢測發現AcrF8結合Csy螺旋骨架抑制識別DNA底物。與前兩者不同，AcrF6在Cas7.6f和Cas8f之間的交界處結合從而抑制DNA雙鏈解旋。

史丹福大學生物工程系( Department of bioengineering)張凱銘、李珊珊和我校生命學院王碩、朱玉威為本文共同第一作者, 趙華（Wah Chiu）教授和黃志偉教授為本論文共同通訊作者。