Учёные раскрыли двойной механизм действия белка AcrIIA15, полученного от бактериофага

В ответ на эффективные атаки CRISPR-Cas системы хозяина, бактериофаги эволюционировали различные стратегии сопротивления, включая кодирование анти-CRISPR (Acr) белков. С момента их первоначального открытия в 2013 году было идентифицировано более сотни Acr белков. Эти белки используют разные механизмы для ингибирования распознавания и разрезания целевых нуклеиновых кислот комплексом Cas-белок–РНК и обладают большим потенциалом для разработки в качестве регуляторных элементов генного редактирования.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа учёных под руководством профессора Ван Яньли из Института биофизики Китайской академии наук раскрыла двойной механизм действия белка AcrIIA15, полученного от стафилококкового фага: он может ингибировать активность разрезания CRISPR-Cas9 системы хозяина, защищая геном бактериофага от разрушения, и регулировать транскрипцию самого Acr, чтобы предотвратить снижение приспособленности фага из-за чрезмерной экспрессии Acr.

AcrIIA15 содержит два структурных домена: N-концевой и C-концевой (CTD). Исследователи определили электронно-микроскопическую структуру тройного комплекса SaCas9, направляющей РНК и CTD AcrIIA15 и показали, что поверхность AcrIIA15 имеет сильный отрицательный заряд, имитируя двуцепочечную ДНК как по заряду, так и по форме, чтобы ингибировать распознавание целевой ДНК Cas9.

Кроме того, AcrIIA15 также функционирует как репрессор транскрипции. Анализ серии кристаллических структур AcrIIA15 с инвертированной повтором последовательности показал, что NTD может опосредовать образование димера AcrIIA15. Также исследователи экспериментально подтвердили функцию транскрипционного репрессора AcrIIA15 in vivo с использованием репортёрных флуоресцентных белков.

Регуляция транскрипционного репрессии белками Acr важна для полного жизненного цикла бактериофагов. Это исследование в итоге разрешило электронно-микроскопическую структуру димера AcrIIA15, связанного как с Cas9-sgRNA, так и с инвертированной повтором последовательностью, предоставив панорамный вид того, как AcrIIA15 достигает двойного ингибирования на молекулярном уровне.

Эта работа углубляет понимание механизмов ингибирования Acr и обеспечивает структурно-биологическую поддержку для потенциальной разработки AcrIIA15 в качестве инструмента регуляции генного редактирования в будущем.