CRISPR/Cas系統是廣泛存在于細菌和古菌中的抵抗病毒和外源質(zhì)粒入侵的獲得性免疫防御系統。CRISPR-Cas系統分為兩大類(lèi)。
第一大類(lèi)CRISPR-Cas系統由多亞基組成的效應復合物（如Cascade，Csm complex等）發(fā)揮功能；第二大類(lèi)是由單個(gè)效應蛋白（如Cas9, Cas12，Cas13等）來(lái)發(fā)揮功能。Cas9具有RNA介導的DNA內切酶和RNA內切酶活性。由于可以特異性識別、結合、切割DNA，且具有可編程性，Cas9被廣泛運用于基因編輯和基因表達調控領(lǐng)域。
2017年，Karen Maxwell課題組報道了3個(gè)來(lái)自于致病菌Neisseria meningitides 的anti-CRISPR蛋白，并命名為AcrIIC1，AcrIIC2，AcrIIC3。這是首次發(fā)現的可以抑制CRISPR-Cas9系統的anti-CRISPR蛋白。結構和功能研究表明，AcrIIC1通過(guò)和Cas9的HNH 結構域催化中心結合，抑制Cas9的基因編輯活性。
中國科學(xué)院生物物理研究所王艷麗課題組和加拿大多倫多大學(xué)Karen Maxwell課題組的合作論文“Inhibition of CRISPR-Cas9 ribonucleoprotein complex assembly by anti-CRISPR AcrIIC2” 在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線(xiàn)發(fā)表。
這項工作報道了2.45埃的apo AcrIIC2和2.28埃的結合了Neisseria meningitides Cas9 (Nme1Cas9) BH domain的AcrIIC2復合物晶體結構，結合體內和體外實(shí)驗，系統闡述了anti-CRISPR蛋白AcrIIC2沉默CRISPR-Cas9系統的分子機理。王艷麗課題組一直致力于CRISPR-Cas系統抗病毒作用機理的研究，前期研究揭示了一系列重要的CRISPR-Cas系統的作用機理（Nature 2014, Cell 2015, Cell Res. 2016, Cell 2017a, Cell 2017b, Mol. Cell 2017, Cell 2018, Mol. Cell 2019, Cell 2019）。
該研究中，研究人員通過(guò)生化實(shí)驗發(fā)現AcrIIC2和Nme1Cas9結合后，可以抑制sgRNA（由crRNA和tracrRNA融合而成）的結合，從而使Nme1Cas9的功能被抑制。研究人員隨后解析了2.45埃的apo狀態(tài)AcrIIC2晶體結構。結構發(fā)現AcrIIC2應該是一個(gè)dimer。兩個(gè)AcrIIC2結合形成一個(gè)帶負電荷的口袋，這提示AcrIIC2可能和帶正電荷的BH domain結合，從而發(fā)揮抑制功能。研究人員將復合物Nme1Cas9-AcrIIC2用蛋白酶預處理，收到了分辨率高達2.28埃的晶體衍射數據。解出來(lái)AcrIIC2 與Nme1Cas B H復合物結構；功能實(shí)驗進(jìn)一步驗證AcrIIC2和sgRNA競爭性地結合Nme1Cas9 BH 結構域。
王艷麗和Karen Maxwell為論文的共同通訊作者。Karen Maxwell課題組的Annoj Thavalingam、Bianca Garcia，王艷麗課題組的博士生程志、黃雪為論文的共同第一作者。該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金以及中科院的資助，上海同步輻射光源（SSRF）為該研究提供了重要的技術(shù)支持。
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