Cell最新公布CRISPR技术新发现：更多的Anti-CRISPR蛋白

　　生物通报道：随着CRISPR技术在基础研究和临床上有了越来越多的应用，控制好这种技术也变得越来越紧迫。继上月科学家们发现了几种能阻断人类细胞中CRISPR-Cas9活性的蛋白质之后，来自加州大学旧金山分校的研究人员又再次发文，报告了更多的抗CRISPRs（anti-CRISPRs）。

这一研究成果公布在12月29日的Cell杂志上，加州大学旧金山分校的Joseph Bondy-Denomy等人发现了两种这样的抑制剂如何通过阻碍化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）中的Cas9酶，来阻止细菌和人类细胞中的CRISPR基因编辑活性。

早在2012年的Nature杂志上，多伦多大学的研究人员第一次证实一些基因介导了对CRISPR/Cas系统的抑制作用。他们在感染绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）的细菌噬菌体中发现了5个不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因。并证实噬菌体anti-CRISPR基因突变使得它无法感染具有功能性CRISPR/Cas系统的细菌。将相同的基因添加到CRISPR/Cas靶向噬菌体的基因组中，可以让它逃避CRISPR/Cas系统。研究人员指出，噬菌体编码的这些anti-CRISPR有可能代表了噬菌体战胜非常普遍的CRISPR/Cas系统的一种广泛的机制。

随后这一研究组确定了其中三种anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能机制。他们对这些蛋白进行了生物化学及体内研究，证实每一个anti-CRISPR蛋白都通过不同的机制来抑制了CRISPR–Cas的活性。

上个月，同样发表在Cell杂志上的一篇文章又发现了3个能够抑制Cas9酶的天然蛋白质家族，这些抑制性蛋白能直接绑定NmeCas9（N. meningitidis Cas9），而且更重要的是，这些anti-CRISPRs能够被作为人类细胞基因编辑的有效抑制剂。

在最新这项研究中，研究人员提出基因组可能含有防止CRISPR在细菌自身基因组中切割靶标的抑制剂，在这一假想的基础上，他们通过在细菌基因组中搜寻CRISPR序列及其靶标，发现了新的Cas9抑制剂。

实际上Rauch等人已经在李斯特菌中发现了几种抗CRISPR系统，这些细菌由于先前的噬菌体感染，遗留下了一些相关序列。“正如CRISPR技术是从细菌中的天然抗病毒防御系统开发出来的，我们也可以利用抗CRISPR蛋白来绕过这些细菌防御，”Rauch说。

此前发现的三种anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3能直接绑定NmeCas，但是它们都不能对抗化脓性链球菌来源的Cas9的活性。“这些抑制蛋白的表达可以在某些条件下被启动，或者在生物体发育中的特定时间被触发，导致Cas9活性的终止，”文章的通讯作者Philippe Horvath说，“这是一种在安全系统中存储分子刀的聪明做法。”

（生物通：万纹）

原文摘要：

Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins

Bacterial CRISPR-Cas systems utilize sequence-specific RNA-guided nucleases to defend against bacteriophage infection. As a countermeasure, numerous phages are known that produce proteins to block the function of class 1 CRISPR-Cas systems. However, currently no proteins are known to inhibit the widely used class 2 CRISPR-Cas9 system. To find these inhibitors, we searched cas9-containing bacterial genomes for the co-existence of a CRISPR spacer and its target, a potential indicator for CRISPR inhibition. This analysis led to the discovery of four unique type II-A CRISPR-Cas9 inhibitor proteins encoded by Listeria monocytogenes prophages. More than half of L. monocytogenes strains with cas9 contain at least one prophage-encoded inhibitor, suggesting widespread CRISPR-Cas9 inactivation. Two of these inhibitors also blocked the widely used Streptococcus pyogenes Cas9 when assayed in Escherichia coli and human cells. These natural Cas9-specific “anti-CRISPRs” present tools that can be used to regulate the genome engineering activities of CRISPR-Cas9.