冯越教授课题组阐明新型抗CRISPR机制并受邀发表领域综述

发布时间:2021-10-09

近日,北京化工大学冯越教授课题组在国际著名期刊《Nucleic Acids Research》发表了题为Insights into the dual functions of AcrIF14 during the inhibition of type I-F CRISPR–Cas surveillance complex的研究论文,报道了AcrIF14蛋白自身及其与crRNA引导的Csy复合物(crRNA-guided surveillance)形成的复合体的结构,揭示了AcrIF14作为一种新型的Anti-CRISPR蛋白,分别通过与Csy复合物相互作用阻止靶DNA与crRNA的互补配对,以及赋予Csy复合物与序列非特异性的双链DNA相互作用的能力,从而抑制I-F型CRISPR-Cas系统工作的分子机制。同期,冯越教授还受邀在RNA领域著名期刊《RNA Biology》上发表综述,系统阐述了I-F型CRISPR-Cas系统的抑制蛋白发挥功能的分子机制。




CRISPR-Cas系统是原核生物抵御外来噬菌体入侵的一种获得性免疫防御系统。同时,为了有效地逃逸CRISPR-Cas免疫系统,噬菌体编码Anti-CRISPR(Acr)蛋白来抑制CRISPR-Cas系统的功能,Acr的一个典型的抑制策略是阻断噬菌体靶DNA链和crRNA之间的互补配对。对于I-F型的Acr家族蛋白,AcrIF1/2/6/7/8/9/10均采用此策略。有趣的是,在这些Acr中,AcrIF9还通过诱导序列非特异性的DNA与Csy复合物结合而表现出另一层抑制作用。本课题的研究对象AcrIF14与之类似但又不完全相同,从而呈现出一种新的作用机制。  


在本研究中,冯越课题组首先通过分子体积排除色谱法SEC,发现 AcrIF14可以与Csy复合物相互作用。在进一步的体外生化凝胶阻滞实验中,冯越课题组发现AcrIF14可以与Csy

合物互作从而抑制靶标DNA的结合,并且形成了一条分子量更大的条带,提示 AcrIF14 与已知的AcrIF蛋白(AcrIF 1/2/3/4/6/8/9/10)拮抗CRISPR-Cas系统的作用机制可能不同。


随后的生化和结构数据显示,AcrIF14除了与Cas7.4f和Cas7.6f亚基结合外,还能诱导序列非特异性的DNA与Csy复合物结合,从而阻止靶DNA结合。而进一步的机制研究表明,AcrIF14 N-末端结构域和Csy复合物Cas8f亚基的PAM识别域中的正电区域是非特异性DNA与Csy-AcrIF14复合物结合所必需的。

由于AcrIF14和AcrIF9诱导的非特异性DNA结合抑制机制在一定程度上相似,文章从多个方面比较了这两个Acr蛋白的活性。结果表明,二者在结合ssDNA方面存在显著差异,并且Csy复合物的PAM识别loop在两个Acr诱导的非特异性DNA结合中的作用方面显示出不同的机制。

综上所述,冯越研究团队的工作揭示了AcrIF14诱导的非特异性DNA结合的分子机制,这一发现进一步突出了Acr诱导的非特异性DNA结合的普遍性,并为进一步研究这类Acr蛋白的机制提供了线索。

在AcrIF14的机制研究论文中,北京化工大学博士研究生刘茜、清华大学博士后张来幸、北京化工大学硕士研究生修瑀、本科毕业生高腾为共同第一作者。冯越教授为该文的通讯作者,清华大学杨茂君教授、南方科技大学王培毅教授及北京化工大学高精尖创新中心张怡副教授为共同通讯作者。在综述论文中,冯越教授为独立通讯作者。北京化工大学为两篇文章的第一完成单位。