Nature（IF=55）| 南边科技大教贾宁等体系先容抗CRISPR卵白

CRISPR 基因座和 Cas 卵白在原核生物中提供针对入侵的噬菌体和质粒的顺应性免疫。作为回应，噬菌体已经进化出广谱的抗 CRISPR 卵白（抗 CRISPR）来抵消和降服这种免疫途径。迄今为止，已经判定出很多抗 CRISPR，它们按捺单亚基 Cas 效应器（在 CRISPR 2 类、II、V 和 VI 型体系中）和多亚基级联效应器（在 CRISPR 1 类、I 型和 III 型体系中）。联合效应复合物的抗 CRISPR 的晶体学和冷冻电子显微镜布局研究，辅以体外和体内的功效试验，确定了四种重要的 CRISPR-Cas 按捺机制：按捺 CRISPR-Cas 复合物组装、阻断靶标联合、防备靶标裂解和环状寡核苷酸信号分子的降解。

2021年6月4日，南边科技大学贾宁及怀念斯隆凯特琳癌症中间Dinshaw J. Patel配合通讯在Nature Reviews Molecular Cell Biology （IF=55.47）在线颁发题为“Structure-based functional mechanisms and biotechnology applications of anti-CRISPR proteins”的综述文章，该综述商议了从 X 射线晶体学和冷冻电子显微镜研究中显现的关于抗 CRISPR 功效的新机制看法，以及这些布局与功效研究相联合怎样为不停进展的 CRISPR-Cas 生物技能提供有代价的东西，用于准确和壮大的基因组编辑和其他应用步伐。

感到外来核酸是全部生物体中最常见的细胞免疫计谋之一。在真核生物中，细胞质中存在 DNA 可以激活 cGAS-STING 信号通路，从而通过孕育发生 I 型滋扰向来激活天赋免疫。不出所料，病原体已经进化出种种要领来降服这种防备。在原核生物中，细菌和古细菌已经进化出多种免疫体系，包罗天赋性和顺应性免疫体系，以通过靶向此类“入侵”核酸来防备噬菌体熏染，包罗通过天赋限定性修饰体系切割入侵的噬菌体基因组以及Cas 基因体系，通过影象来自噬菌体 和质粒的已往入侵核酸，为原核生物提供顺应性免疫。

作为回应，噬菌体进化出多种反抗计谋来躲避这些抗病毒体系，包罗限定位点的修饰或限定-修饰辅因子的降解。也可以通过选择 CRISPR-Cas 靶向序列中的点突变或形成核样布局（制止目的辨认或切割）或通过天生抗 CRISPR 卵白来躲避基于 CRISPR-Cas 的免疫(anti-CRISPRs) 直接灭活 CRISPR-Cas 效应复合物 。

CRISPR-Cas 体系漫衍遍及，已在约莫 85% 的古细菌和约莫 40% 的细菌完全测序基因组中被发觉。值得细致的是，CRISPR-Cas 体系高度多样化，现在分为两大类，它们统共包罗六种范例，依据体系发育、cas 基因构成和作用机制举行分类。 1 类体系（包罗 I、III 和 IV 型）由多亚基效应复合物构成，而 2 类体系（包罗 II、V 和 VI 型）包罗单亚基效应卵白。

只管存在这些差别，但全部体系都依靠于雷同的根本举措原则，超过三个重要阶段：顺应、表达和滋扰。在第一个顺应阶段，来自入侵者的小 DNA 片断（称为隔断区）被整合到宿主 CRISPR 基因座中以免疫宿主细胞；这种隔断区的联合孕育发生了熏染的遗列传忆；在防备的第二阶段，CRISPR 基因座被转录成前体 CRISPR 衍生的 RNA (crRNA)，并进一步加工成短的成熟 crRNA。最终，在目的滋扰阶段，单个crRNA与Cas卵白组装形成crRNA-效应复合物，卖力对入侵核酸举行序列特异性辨认和降解。然而，与其他防备体系相比，CRISPR-Cas 体系的自顺应特性也使它们可以或许得到新的隔断区来反抗这些噬菌体“逃逸者”；是以，单独的诱变不敷以使噬菌体恒久存活。

为了反抗 CRISPR-Cas 监督复合物的顺应性，噬菌体进化出了 CRISPR-Cas 体系的卵白质按捺剂，称为抗 CRISPR（Acr 卵白），它于 2013 年初次被发觉。随后，抗 CRISPR 的知识敏捷扩展，迄今为止，包罗在自然可移动遗传元件中判定的 88 种抗 CRISPR 卵白 ，以及一种非源自噬菌体的合成小分子按捺剂。

这些报道的抗 CRISPR 超过 5 个 CRISPR-Cas 亚型，包罗 2 类 II、V 和 VI 型以及 1 类 I 和 III 型，迄今为止尚未陈诉 IV 型。通过多种要领发觉了差别的抗 CRISPRs 在它们之间没有共享序列特性。生化和布局研究展现了此中 29 种抗 CRISPRs 的特定功效机制，展现了四种重要的反抗CRISPR-Cas 体系计谋：按捺 CRISPR-Cas 复合物组装、阻断靶标联合、防备靶标裂解和环状寡核苷酸信号分子的降解。

因为其 RNA 指导、序列特异性辨认本领，CRISPR-Cas 体系已被重新用作壮大的基因操纵东西，用于基因和基因组编辑、基因调控 、成像和分子诊断 。这项技能的简洁性和妥当性已将基因操纵从一项底子科学技能变化为用于一系列医疗应用的东西。然而，突出的挑衅仍旧与基因操纵历程的宁静方面有关，这大概导致脱靶效应和细胞毒性。Anti-CRISPRs 可以或许滋扰 CRISPR-Cas 运动，并大概为 CRISPR-Cas 衍生的基因组编辑东西提供时间、空间和条件操纵。

在这篇综述中，反抗 CRISPR 的最新发觉、机制和应用举行了最新的表征和商议。与之前的综述相比，该综述夸大了从近来的 X 射线晶体学和冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 研究中得到的新机制看法，通过竞争性联合、变构操纵和酶按捺 Cas 卵白和多亚基级联复合物来按捺抗 CRISPR。对 CRISPR-Cas 调控的这种分子了解应该有助于开辟准确和更好操纵的基于 CRISPR-Cas 的基因组操纵东西。

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