蛋白质设施用户揭示I-F型Anti-CRSPR蛋白的新型抑制机制
时间 : 2020-10-22     

20201012日,国家蛋白质科学研究(上海)设施用户北京化工大学生命学院冯越教授研究组在Molecular Cell合作发表题为 “A Type I-F Anti-CRISPR Protein Inhibits the CRISPR-Cas Surveillance Complex by ADP-Ribosylation”的研究论文。该论文报道了I-FAnti-CRISPR蛋白AcrIF11通过ADP核糖基化修饰抑制CRISPR系统,并阐明了该过程的分子机制。 

CRISPR-Cas是多种细菌和古细菌的适应性免疫系统,通过对入侵的病毒等核酸进行特异性的识别,利用Cas核酸酶进行切割,从而达到抵抗病原体的作用。在过去若干年中,CRISPR基因编辑技术在各个领域都取得了巨大进展。Emmanuelle CharpentierJennifer A. Doudna两位科学家也因为CRISPR基因编辑技术刚刚获得2020年诺贝尔化学奖。 

尽管CRISPR-Cas系统设计精妙而强大,但噬菌体也进化出了反击的方法从而逃脱CRISPR-Cas系统并成功侵染细菌。在过去的几年中,已经鉴定出多种由噬菌体和其他可移动遗传元件编码的、与CRISPR-Cas系统相互作用并使其失活的蛋白质[1],命名为“Anti-CRISPR”或Acr蛋白。 

这种被称为“Anti-CRISPR”的蛋白使研究人员能够对CRISPR基因编辑进行精确调控,同样具有广阔的应用前景。同时,由于长期与宿主细菌的共进化,这些抑制蛋白还很可能以独特的方式来抑制宿主的CRISPR-Cas系统,因此对其的研究在基础生物学方面也具有重要意义。 

 冯越研究组长期从事病原与宿主相互作用研究,尤其是在病原介导的蛋白质翻译后修饰方面。在本研究中,冯越研究组首先通过分子筛结合实验来筛选不采用蛋白质相互作用这种常规的Anti-CRISPR机制的Acr蛋白。通过这种筛选手段,他们鉴定出AcrIF11,并解析了其晶体结构。 

巧合的是,在进行AcrIF11结晶的过程中,他们发现加入β-NAD+可以明显提高晶体的X射线衍射能力,而在后续解析结构中,他们发现AcrIF11与β-NAD+紧密结合,这为其抑制机制的研究提供了重要的结构基础。 

进一步的研究发现,AcrIF11具有ADP核糖基转移酶活性,它以β-NAD+为底物、特异性地对I-FCascade复合物中Cas8f亚基的PAM识别位点中的关键残基N250进行ADP核糖基化修饰,从而抑制Cascade复合物的DNA结合能力,使CRISPR系统失活(图1)。同时,他们还发现虽然AcrIF11修饰的位点为Cascade复合物中Cas8f亚基的N250Cas8fK247Cas7.6f也对AcrIF11发挥其修饰不可或缺,因为它们参与了AcrIF11Cascade复合物的识别。

国家蛋白质科学研究(上海)设施BL19U1线站,上海光源BL17U1线站工作人员为该工作提供了及时有效的支持。 

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.09.015 

 

 

   

  1 AcrIF11工作机制 

  (蛋白质设施上海提供)