Science丨贾宁研究组与合作者揭示新型RNA介导的抑制CRISPR-Cas13的anti-CRISPR机制

CRISPR-Cas系统是细菌和古细菌中广泛存在的一种适应性免疫系统，能够识别并切割外源遗传物质，如噬菌体DNA或RNA。为了对抗这一免疫系统，噬菌体进化出了多种抗CRISPR (anti-CRISPR) 系统。目前报道的大多数anti-CRISPR系统由蛋白编码，其余一些RNA类型的anti-CRISPR也与其crRNA有很高的序列相似性并通过取代crRNA发挥抑制作用。是否存在其它类型的anti-CRISPR系统以及是否与crRNA没有序列相似性的其它RNA也能起到抑制作用尚不清楚。

2025年4月25日，南方科技大学贾宁科研团队与华盛顿大学Alexander J. Meeske团队合作， 在Science杂志上发表了题为

RNA-mediated CRISPR-Cas13 inhibition via crRNA structural mimicry

研究人员发现在一个已知anti-CRISPR蛋白的上游存在一小段非编码序列可以直接抑制CRISPR-Cas13系统（图1），并用小RNA测序证实了这段序列可以转录成一段几十个nt长度的非编码RNA。这一RNA与CRISPR-Cas13系统的crRNA序列相似性极低，RNA结构预测这一序列可以形成两个颈环结构，进一步的突变实验表明这一RNA的二级结构对发挥抑制功能至关重要，研究人员将其命名为rAcrVIA1。

图1.一段小非编码RNA（rAcrVIA1）抑制六型CRISPR-Cas系统发挥活性

为揭示rAcrVIA1通过何种方式发挥抑制作用，研究人员首先共表达Cas13蛋白和rAcrVIA1，并通过pulldown实验发现Cas13能够与rAcrVIA1形成稳定的复合物，而当对Cas13与crRNA成熟有关的关键残基进行突变后却不能形成复合物，这一结果表明rAcrVIA1和crRNA都是被Cas13以相似的方式进行加工成熟的。再进一步通过冷冻电镜解析了Cas13-rAcrVIA1复合物的整体结构之后，研究人员发现，尽管rAcrVIA1与crRNA序列相似性极低，但是他们的整体结构非常相似（图2），进一步的EMSA实验也表明，rAcrVIA1能够竞争性抑制crRNA的结合，这些结果表明rAcrVIA1是通过模拟crRNA结构的方式发挥了抑制作用，当rAcrVIA1与Cas13结合后，其无法像crRNA一样进一步结合底物RNA，所以与rAcrVIA1结合的Cas13其核酸酶活性始终处于抑制状态。

图2. rAcrVIA1和crRNA折叠成相似的整体结构

研究还发现，rAcrVIA1与另一种已知的Cas13抑制蛋白AcrVIA2共同存在于一个基因簇中，但它们通过不同的机制发挥作用。rAcrVIA1主要通过结构模拟抑制Cas13的活性，而AcrVIA2则通过降低crRNA的水平来抑制CRISPR系统。这种双重抑制机制可能为噬菌体在入侵宿主时提供了更强的免疫逃逸能力。

值得注意的是，rAcrVIA1的表达受到上游基因ORF1的调控。ORF1是一个具有HTH结构域的蛋白质，能够通过自抑制机制调控rAcrVIA1的转录。当ORF1缺失时，rAcrVIA1的表达受到抑制，导致其无法有效抑制Cas13。这一发现揭示了rAcrVIA1在自然条件下的精细调控机制。

综上，这项研究不仅揭示了RNA抗CRISPR分子的新机制，还为未来开发基于RNA的CRISPR调控工具提供了新的思路。通过模拟crRNA的结构，rAcrVIA1能够有效地抑制Cas13的活性，这为设计更加精准的基因编辑工具提供了新的可能性。

南方科技大学医学院生物化学系贾宁副教授和华盛顿大学微生物系Alexander J. Meeske教授为本论文的共同通讯作者，南方科技大学医学院生物化学系张峻涛和华盛顿大学微生物系Victoria M. Hayes为本论文的共第一作者。

南方科技大学医学院生物化学系贾宁课题组长期聚焦细菌和古细菌免疫系统抵御噬菌体和质粒入侵分子机制的研究，欢迎对该方向感兴趣的博士后、研究生以及本科生的加入（招聘长期有效）。

简历投递（ 有意者请将个人简历等材料发至 ）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或扫描二维码投递简历

http://doi.org/10.1126/science.adr3656

制版人： 十一

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐