青年文摘丨双功能Cas9抑制因子——AcrIIA1抑制关键的抗CRISPR位点

文摘   科学   2024-10-21 08:01   北京  


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摘译:杨杨

审校:苏佳纯

2020年研究人员报道了AcrIIA1NTD是抗CRISPR启动子转录的强阻遏物。在噬菌体感染期间,抗CRISPR转录的快速爆发,并且即使在没有CRISPR-Cas免疫的情况下,也需要AcrIIA1NTD随后的负反馈以实现最佳噬菌体复制。在存在CRISPR-Cas免疫的情况下,全长AcrIIA1利用其双结构域充当“Cas9传感器”,根据Cas9水平调节acr表达。最后,研究人员在其他厚壁菌门中鉴定了AcrIIA1NTD同源物,并证明它们已被宿主共用为“抗-抗CRISPR”,以抑制噬菌体抗CRISPR的部署。

在研究单核细胞增生李斯特菌噬菌体时,研究人员观察到两个噬菌体突变体在其Acr位点缺失时表现出裂解复制缺陷(фJ0161a△acrIIA1-2和фA006△acr),即使在缺乏Cas9的宿主中也是如此(图1A和1B)。acrIIA1是这两个噬菌体中唯一缺失的基因,这表明除了作为Acr起作用外,AcrIIA 1对于噬菌体的最佳复制也是必需的。

图1. 噬菌体需要AcrIIA1NTD以实现最佳复制。噬菌斑实验(左)和噬菌体定量滴定实验(右)表明фJ0161a (A) and фA006 (B)在缺乏Cas9(△cas 9)时表现出裂解复制缺陷,在回补AcrIIA 1 N-末端结构域(△cas 9; IIA1NTD)时表现正常复制。

随后,研究人员对噬菌体фA006, Fф0161, фA502,фA118中的Acr启动子进行分析,发现了一个保守的回文操纵子序列(图2A)。并且通过RFP(红色荧光蛋白)转录报告基因测定显示全长的AcrIIA1和AcrIIA1 N-端结构域(AcrIIA1NTD)抑制фA006 Acr启动子(图2B)。这些数据表明AcrIIA1NTD通过结合一个高度保守的操纵子来抑制Acr的转录。

图2. (A)噬菌体Acr启动子核苷酸序列的比对。(B)RFP转录报告基因的表达。
最后,研究人员评估了AcrIIA1同源物对其预测的相应启动子和фA006噬菌体启动子的转录抑制。从李斯特菌属、肠球菌属、明串珠菌属和乳杆菌属的移动元件中挑选同源物,它们和AcrIIA 1 NTD 的氨基酸序列同一性为21%-72%。(图3A)。所有AcrIIA 1同源物抑制其相应启动子的转录效率达42%- 99%,但来自类布氏乳杆菌的AcrIIA 1除外,其启动子的表达无法检测到。фA006启动子的强抑制作用仅由具有≥68%蛋白质序列同一性的李斯特菌的同源物产生(图3A).同样,фA006的AcrIIA 1仅抑制与фA006启动子同源的启动子(图3B)。这些研究结果表明,Acr启动子-AcrIIA1NTD阻遏物的关系是高度保守的,可能在这些不同的移动遗传元件中执行重要的抑制功能。

图3. (A)AcrIIA1的同源物的RFP转录报告基因水平。(B)фA006对同源启动子的RFP报告基因水平。

【参考文献】

Osuna BA, Karambelkar S, Mahendra C, Sarbach A, Johnson MC, Kilcher S, Bondy-Denomy J. Critical Anti-CRISPR Locus Repression by a Bi-functional Cas9 Inhibitor. Cell Host Microbe. 2020 Jul 8;28(1):23-30.e5. doi: 10.1016/j.chom.2020.04.002. Epub 2020 Apr 22. PMID: 32325051; PMCID: PMC7351615.

   

该研究鉴定了一个新型的抗CRISPR蛋白,并且阐明了其对抗CRISPR系统以及后续发生自我调节的具体机制,同时创新性的发现了Acr蛋白对于噬菌体实现最佳复制的重要性,为以后Acr的相关研究提供了崭新的思路。

华山抗生素所
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