研究人员揭示噬菌体衍生蛋白AcrIIA15的双重功能机制

为了应对宿主CRISPR-Cas系统的有效攻击，噬菌体进化出了各种抵抗策略，包括编码抗CRISPR(Acr)蛋白。自2013年首次发现以来，已鉴定出一百多种Acr蛋白。这些蛋白利用不同的机制来抑制Cas蛋白-RNA复合物对靶核酸的识别和切割，作为基因编辑调控元件具有巨大的发展潜力。

在《自然通讯》发表的研究中，中国科学院生物物理研究所王艳丽教授团队揭示了葡萄球菌噬菌体来源的Acr蛋白AcrIIA15的双重功能机制：可抑制裂解调节宿主CRISPR-Cas9系统的活性，从而保护噬菌体基因组免遭破坏，并调节Acr本身的转录，防止因Acr过度表达而导致噬菌体适应性下降。

AcrIIA15包含两个结构域：N端结构域和C端结构域(CTD)。研究人员解析了SaCas9、引导RNA和AcrIIA15CTD三元复合物的电子显微镜结构，结果表明AcrIIA15表面具有很强的负电荷，在电荷和形状上模仿双链DNA，从而抑制Cas9识别目标DNA。

此外，AcrIIA15还具有转录抑制因子的功能。通过分析AcrIIA15一系列反向重复序列的晶体结构，发现NTD可以介导AcrIIA15形成二聚体。此外，研究人员还利用荧光蛋白报告基因实验验证了AcrIIA15的体内转录抑制功能。

Acr蛋白对转录抑制的调节对于噬菌体的完整生命周期至关重要。本研究最终解析了与Cas9-sgRNA和反向重复序列结合的AcrIIA15二聚体的电镜结构，为AcrIIA15如何在分子水平上实现双重抑制提供了全景。

这项工作增强了我们对Acr抑制机制的理解，并为AcrIIA15未来作为基因编辑调控工具的潜在发展提供了结构生物学支持。