CRISPR-Cas系统是原核生物的一种获得性免疫系统，用于抵抗外源病毒/核酸的入侵。CRISPR-Cas适应性免疫包括三个步骤；外源间隔序列的获取、crRNA的表达和干扰。在获取步骤中，Cas1和Cas2组成的异源六聚体与间隔序列前体结合，优先在前导序列之后的第一个重复序列前插入间隔序列。细菌和病毒（如噬菌体）之间的进化“军备竞赛”为抗CRISPR蛋白（Anti-CRISPR proteins, Acrs）的出现提供了选择压力。Acrs是一类能够抑制CRISPR系统的蛋白质。Acrs的发现和研究有助于更深入理解CRISPR系统的机理，为改进CRISPR基因编辑技术开发提供了新策略。此外，Acrs的发现和研究有助于更深入理解CRISPR系统的机理，为改进CRISPR基因编辑技术开发提供了新策略。研究Acrs可以揭示病毒如何逃逸由CRISPR-Cas系统提供的免疫防御机制、为研究细菌与病毒间的共生和竞争关系提供重要信息.

2024年4月10日，该课题组在学术期刊《Nature Communications》上发表，题为“Insights into the inhibition of protospacer integration via direct interaction between Cas2 and AcrVA5”。 该研究在牛痘莫拉氏菌内鉴定了一个可抑制原间隔序列获取的抗CRISPR蛋白（AcrVA5）。

实验人员成功筛选和鉴定了可抑制外源间隔序列获取的抗CRISPR蛋白（AcrVA5）。首先，我们建立了体外原间隔序列的获取实验方法，然后将AcrVA5与Cas1-Cas2-protospacer复合物孵育后，发现AcrVA5可显著抑制原间隔序列的获取。

通过GST pull down和peptide scanning等生化实验确定了AcrVA5的N端部分与Cas2存在直接相互作用。与AcrVA5互作前后的Cas2的质谱结果分析比较显示：Cas2-K55被AcrVA5进行了乙酰化修饰。被修饰后的Cas2显著的降低了切割双链DNA的活性。

此外，解析Cas2与AcrVA5的N端复合物结构后，发现了：AcrVA5通过N端结构域与Cas2结合形成空间位阻，以阻碍整合复合物（Integration Complex）的形成。本研究揭示了AcrVA5通过与CRISPR-Cas2的直接相互作用来抑制原间区的获取的机理。此结果加深了理解微生物的适应性免疫系统与抗CRISPR蛋白之间的相互作用关系。

综上，该研究采用结晶学方法研究Cas2-AcrVA5复合物的分子结构，探究AcrVA5与Cas1-Cas2复合物结合后引起的获取复合物的构象变化，阐释了AcrVA5抑制Cas1-Cas2复合物获取外源间隔序列的分子机制。

吉林大学动物医学学院毕明芳博士为第一作者，莫小兵副教授为通讯作者（Nature Communications IF：16）。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47713-7

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