AcrVIB1：一种意想不到的抗CRISPR蛋白，可以收紧RNA结合

CRISPR-Cas基因剪刀提供了广泛的潜在应用，从治疗遗传性疾病到抗病毒治疗和诊断。然而，为了安全地利用它们的力量，科学家们正在寻找可以调节或抑制系统活动的机制。进入抗CRISPR蛋白AcrVIB1，这是一种有前景的抑制剂，其确切功能至今仍是个谜

位于维尔茨堡的亥姆霍兹基于RNA的感染研究所（HIRI）的一个研究小组与布伦瑞克的亥姆赫兹感染研究中心（HZI）合作，发现了AcrVIB1的精确工作方式，扩展了Acrs关闭CRISPR的已知手段。研究结果发表在《分子细胞》杂志上

细菌及其病毒，即噬菌体，陷入了一场古老的军备竞赛。为了防御噬菌体攻击，细菌已经进化出复杂的机制来识别和对抗入侵的病毒。反过来，噬菌体已经开发出创新的策略来逃避这些防御。这场正在进行的斗争的一个主要例子是细菌中的CRISPR-Cas防御系统，噬菌体中的抗CRISPR蛋白（Acrs）对其进行了对抗，这些蛋白特异性地阻断了这些细菌的“基因剪刀”。

除了它们的反防御功能外，抗CRISPR蛋白质在实现对CRISPR技术的更精确控制方面也有很大的希望。研究小组现在进一步阐明了一种重要但迄今为止尚未鉴定的抗CRISPR蛋白的功能

“在之前的一项研究中，我们使用深度学习算法来预测新的Acr。这导致了AcrVIB1的鉴定，这是第一个靶向Cas13b核酸酶的抗CRISPR蛋白，”HIRI部门负责人Chase Beisel教授说，他与HZI的Wulf Blankenfeldt教授一起领导了这项研究

“核酸酶Cas13b可以识别和切割RNA。它目前用于沉默基因，无论是研究其功能、清除病毒还是对抗与该基因相关的遗传疾病。”然而，迄今为止，蛋白质AcrVIB1如何抑制Cas13b仍然未知。在他们的研究中，研究小组提出了这种全新的阻断机制

RNA死端

Cas13b核酸酶通过与CRISPR核糖核酸（crRNA）相互作用来运作，crRNA作为识别和结合互补RNA序列的指南，例如来自噬菌体的序列。一旦靶RNA结合，Cas13b不仅可以切割和降解这些互补的RNA分子，还可以切割和分解附近的所有其他RNA

尽管大多数已知的抗CRISPR蛋白阻断了这条路径上的步骤，如crRNA结合或靶点识别，但AcrVIB1采用了一种完全不同的策略：AcrVIB甚至改善了crRNA与Cas13b的结合。然而，形成的一对是功能失调的，这意味着即使有靶点存在，酶也无法开始降解RNA。此外，结合的crRNA容易受到细胞核糖核酸酶的攻击，核糖核酶会分解RNA分子

第一作者Katharina Wandera博士在Chase Beisel的实验室完成了博士学位，她说：“核酸酶和引导RNA之间的紧密结合完全出乎意料。更简单的、因此最初预期的机制是从一开始就阻止引导RNA结合。”

“然而，AcrVIB1所采取的途径似乎更有效：AcrVIB 1与Cas13b紧密结合，从而使其失活。同时，它增加了引导RNA的周转，使Cas13b成为crRNA的死胡同。”

HIRI的Chase Beisel团队和HZI的Wulf Blankenfeldt实验室联手更精确地破译了抑制机制的结构。Blankenfeldt的研究小组使用冷冻电子显微镜表明，AcrVIB1与Cas13b结合，使crRNA结合结构域不受限制

“我们的发现为开发可以模仿或修饰抗CRISPR蛋白功能的分子提供了蓝图，”Blankenfeldt说。这是HZI新的冷冻电子显微镜设施首次公布的数据

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一个广阔的领域

“未来，我们可以使用AcrVIB1等分子在各种应用中调节或暂时停用CRISPR系统，”Blankenfeldt说。这一发现有可能进一步提高基于CRISPR技术的安全性和准确性

Wandera解释说：“破译这一机制也为细菌和病毒的共同进化提供了有价值的见解，细菌和病毒不断试图相互超越。”。对细菌耐药性的深入了解可能在新抗生素的开发中发挥关键作用，并扩大合成生物学的可能性

总之，这项研究不仅有助于更好地理解抗CRISPR策略，而且为医学中的创新疗法和诊断方法铺平了道路。Beisel说：“但这仅仅是个开始：肯定还有更多的Acr和新的抑制机制有待发现。” More information: Katharina G. Wandera et al, AcrVIB1 inhibits CRISPR-Cas13b immunity by promoting unproductive crRNA binding accessible to RNase attack, Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.01.020

Journal information: Molecular Cell