浙江大學Nature子刊聚焦CRISPR–Cas的抑制系統

　　來自浙江大學生命科學研究院的研究人員揭示出了，噬菌體蛋白AcrF3抑制Cas3的結構基礎。他們的研究結果發布在7月25日的《自然結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志上。

　　浙江大學生命科學研究院的朱永群（Yongqun Zhu）教授及其課題組的周艷（Yan Zhou）博士是這篇論文的共同通訊作者。朱永群教授實驗室的主要研究方向是腸道細菌與宿主免疫相互作用分子機制以及結構基礎。相關的研究成果以通訊作者/共同通訊作者發表在Cell、Nature Structural & Molecular Biology、PLoS Pathogens、JBC、Cellular Microbiology等國際著名學術期刊上。

　　2012年，朱永群教授與北京生命科學研究所的邵峰研究員合作，揭示出了一種針對細胞囊泡運輸關鍵因子：Rab GTPases的病原菌作用機制，這將有助于理解感染和致病的分子機理，相關成果公布在Cell雜志上。

　　細菌和古生菌在不斷的進化中獲得了編碼抵抗噬菌體和其他生物侵襲的多種防御系統。盡管許多諸如限制修飾系統和噬菌體感染限制系統的防御體系能發揮先天性免疫的功能，但約有一半的細菌以及大部分的古生菌都擁有CRISPR-Cas系統賦予的適應性免疫功能。在過去幾十年中，原核生物中CRSPR-Cas適應性免疫系統的發現被認為是微生物學領域最激動人心的進展之一。

　　CRISPR-Cas獲得性免疫系統大體上可以分為三個主要類型和11個亞型類型。I型CRISPR-Cas系統包含Cas3蛋白。II型以Cas9為標志蛋白。Ⅲ型 CRISPR-Cas系統又被分為2個亞型：ⅢA和ⅢB，具有標志蛋白Cas6。I型CRISPR-Cas系統存在于細菌和古細菌中，入侵的外源DNA被cascade-crRNA復合物識別，cascade-crRNA復合物沿著序列進行掃描，最終特異性結合在一個含有PAM元件（NGG）的位點，crRNA的前6-12nt對靶位點結合至關重要，隨后Cas3核酸酶切割目標DNA，這需要ATP和Mg2+參與。

　　2012年，由由多倫多大學Alan R. Davidson和Karen L. Maxwell領導的研究小組，在Nature雜志上發表研究論文，第一次證實一些基因介導了對CRISPR/Cas系統的抑制作用。他們在感染綠膿桿菌的細菌噬菌體中發現了5個不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因。指出噬菌體編碼的這些anti-CRISPR有可能代表了噬菌體戰勝非常普遍的CRISPR/Cas系統的一種廣泛的機制。

　　在發表于2015年9月的Nature研究論文中，這一多倫多大學研究小組三種anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能機制。證實每一個anti-CRISPR蛋白都通過不同的機制來抑制了CRISPR–Cas的活性。第三種anti-CRISPR蛋白AcrF3通過結合Cas3解螺旋酶-核酸酶，阻止其招募到結合DNA的CRISPR–Cas復合物上來起作用。在體內，這一anti-CRISPR可以將CRISPR–Cas系統轉變為轉錄遏制物，首次證實了一種蛋白質相互作用蛋白可以調控CRISPR–Cas活性。

　　2016年6月，Davidson和同事發現了5個新的蛋白質編碼anti-CRISPR基因，在他的研究小組以往鑒別的9個anti-CRISPR基因列表中添加了新成員。發表在Nature Microbiology雜志上的這項研究，揭示了了解CRISPR系統運作機制的一條途徑及實現CRISPR基因編輯的一個潛在擴展工具。

　　在最新的Nature Structural & Molecular Biology文章中，浙江大學的研究人員報告稱他們獲得了anti-CRISPR蛋白AcrF3與綠膿桿菌Cas3 (PaCas3)復合物的晶體結構。AcrF3形成一種同源二聚體，以一種ADP結合形式鎖定PaCas3，阻塞了PaCas3解螺旋酶結構域（helicase domain）的DNA結合通道入口，遮蓋了PaCas3的連接區域（linker region）和C-末端結構域，由此阻止了Cascade招募PaCas3，抑制了綠膿桿菌I-F型CRISPR–Cas系統。