2022年4月11日，我校生命学院冯越研究组在《Nature Communications》在线发表了题为“Insights into the inhibition of type I-F CRISPR-Cas system by a multifunctional anti-CRISPR protein AcrIF24”的研究论文，文章报道了AcrIF24、AcrIF24-Csy以及两种AcrIF24-Csy-dsDNA复合物的三维结构，揭示了AcrIF24的Acr-Aca（Anti-CRISPR associated）双重功能以及对I-F型CRSRPR-Cas系统的多重抑制机制。
在本研究中，冯越研究组首先解析了AcrIF24的中部结构域截短体蛋白AcrIF24ΔMD的晶体结构，并通过生物信息学分析以及细胞实验，证明了AcrIF24的C端结构域具有Aca蛋白的功能，即抑制acr操纵子的转录。接着，他们证明AcrIF24可直接结合Csy并与清华大学杨茂君课题组合作使用冷冻电镜技术解析了AcrIF24-Csy复合物的结构，发现一个AcrIF24二聚体可以结合两分子Csy，形成异源四聚体复合物（图a）。除此之外，他们发现虽然Csy复合物中crRNA与靶标DNA的结合受到AcrIF24的空间位阻，但AcrIF24-Csy复合物仍然可以吸附序列非特异性的dsDNA并形成更高形式的复合物，从而“误导”Csy复合物结合到外源dsDNA中的“无效”部位。他们进一步解析了AcrIF24-Csy结合靶标以及非靶标dsDNA的两种AcrIF24-Csy-dsDNA复合物的三维结构，并通过一系列生化实验阐明了AcrIF24诱导Csy复合物产生对dsDNA非特异性吸附的机制与特点（图b）。
图 Csy-AcrIF24复合物结构（a）以及抑制机制模式图（b）
综上，AcrIF24是首个得到结构解析与功能阐明的Acr-Aca双功能蛋白，并同时具有（1）对Csy识别靶标DNA产生空间位阻；（2）与Csy形成异源四聚体复合物；（3）产生非特异DNA吸附这三方面的作用。其作用机理的阐明为其他Acr-Aca蛋白的研究提供了思路，也为将其开发为I-F型CRISPR-Cas基因编辑的调控工具奠定了基础。值得一提的是，冯越研究组于2021年报道的AcrIF14（https://life.buct.edu.cn/2021/1009/c725a158571/page.htm），以及Blake Wiedenheft以及Alan R Davidson研究组报道的AcrIF9均具有稳定结合Csy以阻止靶标dsDNA识别，同时诱导非特异性DNA无效吸附的功能。这表明诱导非特异性DNA无效吸附可能在多种Acr中广泛存在。
北京化工大学博士后杨灵光（已出站）、清华大学博士后张来幸、北京化工大学博士后尹培培（已出站）以及硕士研究生丁浩为本论文的共同第一作者，冯越教授为本文的通讯作者。清华大学杨茂君教授在电镜结构解析中提供大量指导，电镜数据和晶体衍射数据收集分别得到南方科技大学冷冻电镜中心和上海光源的大力支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29581-1