浙江大学Nature子刊聚焦CRISPR–Cas的抑制系统

　　来自浙江大学生命科学研究院的研究人员揭示出了，噬菌体蛋白AcrF3抑制Cas3的结构基础。他们的研究结果发布在7月25日的《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上。

　　

生物通报道  来自浙江大学生命科学研究院的研究人员揭示出了，噬菌体蛋白AcrF3抑制Cas3的结构基础。他们的研究结果发布在7月25日的《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上。

浙江大学生命科学研究院的朱永群（Yongqun Zhu）教授及其课题组的周艳（Yan Zhou）博士是这篇论文的共同通讯作者。朱永群教授实验室的主要研究方向是肠道细菌与宿主免疫相互作用分子机制以及结构基础。相关的研究成果以通讯作者/共同通讯作者发表在Cell、Nature Structural & Molecular Biology、PLoS Pathogens、JBC、Cellular Microbiology等国际著名学术期刊上。

2012年，朱永群教授与北京生命科学研究所的邵峰研究员合作，揭示出了一种针对细胞囊泡运输关键因子：Rab GTPases的病原菌作用机制，这将有助于理解感染和致病的分子机理，相关成果公布在Cell杂志上（北生所，浙江大学发Cell文章 ）。

细菌和古生菌在不断的进化中获得了编码抵抗噬菌体和其他生物侵袭的多种防御系统。尽管许多诸如限制修饰系统和噬菌体感染限制系统的防御体系能发挥先天性免疫的功能，但约有一半的细菌以及大部分的古生菌都拥有CRISPR-Cas系统赋予的适应性免疫功能。在过去几十年中，原核生物中CRSPR-Cas适应性免疫系统的发现被认为是微生物学领域最激动人心的进展之一。

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CRISPR-Cas获得性免疫系统大体上可以分为三个主要类型和11个亚型类型。I型CRISPR-Cas系统包含Cas3蛋白。II型以Cas9为标志蛋白。Ⅲ型 CRISPR-Cas系统又被分为2个亚型：ⅢA和ⅢB，具有标志蛋白Cas6。I型CRISPR-Cas系统存在于细菌和古细菌中，入侵的外源DNA被cascade-crRNA复合物识别，cascade-crRNA复合物沿着序列进行扫描，最终特异性结合在一个含有PAM元件（NGG）的位点，crRNA的前6-12nt对靶位点结合至关重要，随后Cas3核酸酶切割目标DNA，这需要ATP和Mg2+参与。

2012年，由由多伦多大学Alan R. Davidson和Karen L. Maxwell领导的研究小组，在Nature杂志上发表研究论文，第一次证实一些基因介导了对CRISPR/Cas系统的抑制作用。他们在感染绿脓杆菌的细菌噬菌体中发现了5个不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因。指出噬菌体编码的这些anti-CRISPR有可能代表了噬菌体战胜非常普遍的CRISPR/Cas系统的一种广泛的机制。

在发表于2015年9月的Nature研究论文中，这一多伦多大学研究小组三种anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能机制。证实每一个anti-CRISPR蛋白都通过不同的机制来抑制了CRISPR–Cas的活性。第三种anti-CRISPR蛋白AcrF3通过结合Cas3解螺旋酶-核酸酶，阻止其招募到结合DNA的CRISPR–Cas复合物上来起作用。在体内，这一anti-CRISPR可以将CRISPR–Cas系统转变为转录遏制物，首次证实了一种蛋白质相互作用蛋白可以调控CRISPR–Cas活性（Nature发表重要成果：CRISPR–Cas的抑制系统 ）。

2016年6月，Davidson和同事发现了5个新的蛋白质编码anti-CRISPR基因，在他的研究小组以往鉴别的9个anti-CRISPR基因列表中添加了新成员。发表在Nature Microbiology杂志上的这项研究，揭示了了解CRISPR系统运作机制的一条途径及实现CRISPR基因编辑的一个潜在扩展工具（Nature子刊：发现CRISPR/Cas的对抗系统 ）。

在最新的Nature Structural & Molecular Biology文章中，浙江大学的研究人员报告称他们获得了anti-CRISPR蛋白AcrF3与绿脓杆菌Cas3 (PaCas3)复合物的晶体结构。AcrF3形成一种同源二聚体，以一种ADP结合形式锁定PaCas3，阻塞了PaCas3解螺旋酶结构域（helicase domain）的DNA结合通道入口，遮盖了PaCas3的连接区域（linker region）和C-末端结构域，由此阻止了Cascade招募PaCas3，抑制了绿脓杆菌I-F型CRISPR–Cas系统。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural basis of Cas3 inhibition by the bacteriophage protein AcrF3

Bacteriophages express proteins that inactivate the CRISPR–Cas bacterial immune system. Here we report the crystal structure of the anti-CRISPR protein AcrF3 in complex with Pseudomonas aeruginosa Cas3 (PaCas3). AcrF3 forms a homodimer that locks PaCas3 in an ADP-bound form, blocks the entrance of the DNA-binding tunnel in the helicase domain, and masks the linker region and C-terminal domain of PaCas3, thereby preventing recruitment by Cascade and inhibiting the type I–F CRISPR–Cas system.

作者简介：

朱永群 教授

浙江大学生命科学研究院教授、博士生导师，国家自然科学基金委重点项目负责人，英国皇家学会牛顿高级学者，国家基金委优秀青年科学基金获得者，浙江省杰出青年科学基金获得者，浙江大学动物科学学院兼聘教授（人兽共患病原菌方向）

教育背景
1998年-2002年  南开大学 生物物理学  学士
2002年-2007年  中国科学院生物物理研究所 生物化学与分子生物学 博士

工作背景
2007年-2010年  北京生命科学研究所 博士后
2010年-2012年  美国霍华德-休斯医学研究所/斯隆-凯特琳癌症研究中心 研究员
2012年-至今       浙江大学生命科学研究院教授，研究员，博士生导师

研究方向：
综合运用生物化学、细胞生物学、结构生物学、微生物学、小鼠感染模型等多学科的研究手段，研究肠道细菌与宿主免疫相互作用分子机制以及结构基础。具体包含以下研究方向：1. 病原菌调节宿主免疫信号通路的分子机制研究；2. 肠道菌群在宿主免疫反应过程中作用的研究； 3. 病原微生物与宿主免疫相互作用过程中的结构基础

研究成绩

实验室已在细菌与宿主相互作用领域已做出了多项具有原创性和开拓性的研究工作，相关的研究成果以通讯作者/共同通讯作者发表在Cell、Nature Structural & Molecular Biology、PLoS Pathogens、JBC、Cellular Microbiology等国际著名学术期刊上，先前的研究工作也以第一作者方式发表在Molecular Cell、 Nature Structural & Molecular Biology、PNAS等杂志上，这些研究成果先后获得Science Signaling、Current Opinion in Microbiology、Nature Reviews Microbiology等一流综述杂志的多次专文重点评述。 

学术奖项
2015年    国家自然科学基金委重点项目负责人
2014年    英国皇家学会牛顿高级学者
2013年    国家自然科学基金委优秀青年科学基金获得者
2012年    浙江省杰出青年科学基金获得者
2007年    中国科学院“优秀博士毕业生”
2006年    中国科学院“院长优秀奖学金”