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                生命科學與技術學院黃志偉教授課題組揭示AcrIIA14蛋白抑制SauCas9的分子機制

                2021年06月10日 新聞網 瀏覽次數:12

                哈工大全媒體(生命/文)6月9日,我校生命科學與技術學院黃志偉教授課題組在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上在線發表了題為《AcrIIA14抑制金黃色葡萄球菌Cas9的結構基礎》的研究文章。該研究解析了Anti-CRISPR蛋白——AcrIIA14結合金黃色葡萄球菌Cas9(SauCas9)的高分辨率晶體結構,通過結構分析以及相應的生化實驗,闡述了AcrIIA14蛋白特異性抑制SauCas9酶切活性的分子機制。該研究拓展了對Anti-CRISPR蛋白調控CRISPR-Cas系統活性的理解,對精確控制SauCas9以及其他CRISPR-Cas系統用于基因編輯應用提供了理論基礎以及新的思路。

                CRISPR-Cas系統因其便捷的操作性以及非常高的體內編輯效率,成為目前應用最為廣泛的基因編輯工具。但在實際應用中還面臨很多亟需解決的問題,其中一個重要的問題就是由于其不可控的剪切活性帶來基因編輯的脫靶效應。如何給基因編輯系統裝上剎車,控制其編輯活性一直是領域內嘗試解決的問題。CRISPR-Cas系統作為細菌的適應性免疫系統用于噬菌體入侵,面對細菌的CRISPR-Cas的選擇壓力,噬菌體進化出了相對應的拮抗機制,即噬菌體進化出Anti-CRISPR蛋白抑制細菌CRISPR-Cas系統的活性。在之前的研究中,發現Anti-CRISPR蛋白AcrIIA14能夠抑制SauCas9的活性,但具體的分子機制并不清楚。

                在本研究中,首先在體外純化組裝得到了穩定的AcrIIA14結合SauCas9-sgRNA-dsDNA的四元復合物蛋白,然后運用X射線晶體學的方法解析了該復合物的晶體結構。通過分析該復合物結構,發現AcrIIA14蛋白以1:1的化學計量比與SauCas9蛋白的HNH結構域相互作用。AcrIIA14蛋白通過結合HNH核酸酶結構域,使其發生構象變化,這種HNH的構象變化導致其活性位點遠離結合靶DNA的位置,從而抑制SauCas9的激活。此外,通過結構比較還發現AcrIIA14蛋白的結合,誘導了SauCas9中的HNH結構域和L1 linker發生了變構,從而導致產生了兩個新的分子內的相互作用界面。結合生化實驗發現,AcrIIA14誘導產生的SauCas9的變構起到了增強抑制效果的作用。這種引起Cas9蛋白變構的效果,與以往發現的另外兩種同樣結合在HNH結構域的抑制蛋白AcrIIC1和AcrIIC3的抑制機制有所不同,表現出Anti-CRISPR蛋白抑制SauCas9機制的多樣性。

                生命科學與技術學院博士生劉虹男、副研究員朱玉威為該論文的并列第一作者;黃志偉為本研究論文的通訊作者;碩士研究生盧澤彬參與該研究的部分工作。本研究的晶體衍射數據在上海光源BL17U收集。本項目受到國家自然科學基金委基金的資助。

                文章鏈接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab487/6295537

                AcrIIA14誘導SauCas9變構


                編輯:梁英爽

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