Cell：首次发现针对III型CRISPR-Cas系统的蛋白抑制剂

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如果说CRISPR复合物听起来很熟悉，那是因为它们是新一波基因组编辑技术的最前沿。CRISPR/Cas系统是目前发现存在于大多数细菌与所有的古菌中的一种免疫系统，被用来识别和摧毁抗噬菌体和其他病原体入侵的防御系统。

在CRISPR/Cas系统中，CRISPR是规律间隔性成簇短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）的简称，涉及细菌基因组中的独特DNA区域，也是储存病毒DNA片段从而允许细胞能够识别任何试图再次感染它的病毒的地方，CRISPR经转录产生的RNA序列（被称作crRNA）识别入侵性病毒的遗传物质。Cas是CRISPR相关蛋白（CRISPR-associated proteins, Cas）的简称，Cas蛋白像一把分子剪刀那样切割细菌基因组上的靶DNA。科学家们已发现他们能够利用CRISPR降解病毒RNA的天然能力，并且使用CRISPR系统从几乎任何一种有机体中移除不想要的基因。


古生菌和细菌的CRISPR/Cas系统保护它们的宿主免受噬菌体和其他的可移动遗传元件的影响。根据最新的分类标准，CRISPR/Cas系统可分为两大类：第1类CRISPR/Cas系统和第2类CRISPR/Cas系统。


第1类CRISPR/Cas系统分为I型CRISPR/Cas系统（标签基因为Cas3）、III型CRISPR/Cas系统（标签基因为Cas10）和IV型CRISPR/Cas系统（标签基因为Csf1）。I型CRISPR/Cas系统可进一步分为I-A（标签基因为Cas8a, Cas5）、I-B（标签基因为Cas8b）、I-C（标签基因为Cas8c）、I-D（标签基因为Cas10d）、I-E（标签基因为Cse1, Cse2）、I-F（标签基因为Csy1, Csy2和Csy3）、I-U（标签基因为GSU0054）；III型CRISPR/Cas系统可进一步分为III-A（标签基因为Csm2）、III-B（标签基因为Cmr5）、III-C（标签基因为Cas10或Csx11）、III-D（标签基因为Csx10）；IV型CRISPR/Cas系统可进一步分为IV-A和IV-B。


第2类CRISPR/Cas系统分为II型CRISPR/Cas系统，它的标签基因为Cas9；V型CRISPR/Cas系统，它的标签基因为Cas12a（之前称为Cpf1）、Cas12b（之前称为C2c1）和Cas12c（之前称为C2c3）；VI型CRISPR/Cas系统，它的标签基因为Cas13a（之前称为C2c2）、Cas13b和Cas13c。II型CRISPR/Cas系统可进一步分为II-A（标签基因为Csn2）、IIB（标签基因为Cas4）和IIC（不存在Csn2和Cas4），V型CRISPR/Cas系统可进一步分为V-A（标签基因为Cas12a）、V-B（标签基因为Cas12b）、V-C（标签基因为Cas12c）和V-U（标签基因为TnpB-like）。VI型CRISPR/Cas系统可进一步分为VI-A（标签基因为Cas13a）和VI-B（标签基因为Cas13b）。


在这些CRISPR/Cas系统中，II型CRISPR/Cas系统就简单得多了，一个Cas9核酸酶利用向导RNA（gRNA）就可以完成识别和切割靶双链DNA，因此II型系统也被称作CRISPR/Cas9系统。


在细菌的免疫系统中，CRISPR/Cas9的作用是靶向结合和摧毁侵入性的DNA，并且被作为一种稳健的基因组编辑技术加以使用。噬菌体编码的小分子抗CRISPR蛋白（anti-CRISPR proteins, Acr）能够让Cas9酶失活，从而为基于Cas9的应用提供一种高效的关闭开关。


迄今为止，科学家们已发现作为病毒-宿主细菌军备竞赛的一部分，病毒编码着I型CRISPR/Cas系统、II型CRISPR/Cas系统和V型CRISPR/Cas系统的蛋白抑制剂，但是并不清楚是否存在着针对其他类型的CRISPR/Cas系统的天然抑制剂。

在一项新的研究中，来自丹麦哥本哈根大学的研究人员发现一种针对III型CRISPR/Cas系统的抑制剂--- AcrIIIB1，它是由硫化叶菌病毒（Sulfolobus virus）SIRV2编码的。AcrIIIB1仅抑制由辅助蛋白Csx1的RNase活性介导的III-B CRISPR/Cas免疫反应。相关研究结果发表在2019年10月3日的Cell期刊上，论文标题为“Inhibition of Type III CRISPR-Cas Immunity by an Archaeal Virus-Encoded Anti-CRISPR Protein”。

这些研究人员发现AcrIIIB1似乎并不结合Csx1，但是与两种不同的III-B效应复合物--- Cmr-α和Cmr-γ相互作用。当结合前间隔序列转录本时，这两种III-B效应复合物合成环化寡腺苷酸（cyclic oligoadenylate, cOA），所产生的cOA激活Csx1的RNase活性。

综上所述，这些研究人员推断AcrIIIB1通过干扰一种Csx1 RNase相关过程来抑制III-B CRISPR/Cas免疫反应。

参考资料：
Yuvaraj Bhoobalan-Chitty et al. Inhibition of Type III CRISPR-Cas Immunity by an Archaeal Virus-Encoded Anti-CRISPR Protein. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.09.003.

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