基于NMR谱学与AlphaFold建模的AcrIE5抗CRISPR蛋白结构与作用机制研究

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Structural and mechanistic investigation of the anti-CRISPR protein AcrIE5 using NMR spectroscopy and AlphaFold modeling

本研究通过核磁共振（NMR）光谱和AlphaFold建模技术，系统解析了抗CRISPR蛋白AcrIE5的三维结构及其与CRISPR系统相互作用的分子机制，为开发新型基因编辑调控工具提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究首次结合核磁共振（NMR）光谱与AlphaFold建模技术，揭示了抗CRISPR蛋白AcrIE5的高分辨率结构特征，并阐明其通过特异性结合CRISPR-Cas复合物关键区域来阻断DNA切割活性的分子机制。

Introduction

CRISPR-Cas系统作为原核生物的适应性免疫机制，已被广泛应用于基因编辑技术。然而，噬菌体进化出的抗CRISPR（Acr）蛋白能有效抑制CRISPR-Cas功能，为精准调控基因编辑活性提供了新思路。AcrIE5是I-E型CRISPR-Cas系统的高效抑制剂，但其结构基础与作用模式尚未明确。

Results

通过溶液NMR技术，我们解析了AcrIE5在天然状态下的动态构象，发现其具有独特的α-螺旋束折叠模式。AlphaFold2预测模型与NMR实验数据高度吻合，进一步验证了蛋白核心区域的稳定性。突变分析显示，AcrIE5通过其C端结构域与Cas蛋白的DNA结合界面发生特异性互作，从而竞争性抑制crRNA-guided的靶标识别过程。

Discussion

AcrIE5的抑制作用依赖于对Cas3核酸酶募集环节的干扰，而非直接阻断Cas复合物组装。这种机制不同于已知的Acr家族蛋白，拓展了我们对CRISPR抑制策略多样性的认知。本研究为设计条件性基因编辑开关及降低脱靶效应提供了新靶点。

Conclusion

AcrIE5的结构与机制解析不仅深化了对细菌-噬菌体共进化关系的理解，也为开发基于Acr蛋白的基因编辑调控工具奠定了分子基础。