2022年4月11日，本实验室杨灵光与尹培培以共同第一作者身份于Nature子刊Nature Communications (中科院一区TOP，IF=14.919)在线发表了题为Insights into the inhibition of type I-F CRISPR-Cas system by a multifunctional anti-CRISPR protein AcrIF24的研究论文[1]，文章报道了AcrIF24、AcrIF24-Csy以及两种AcrIF24-Csy-dsDNA复合物的三维结构，揭示了AcrIF24的Acr-Aca（Anti-CRISPR associated）双重功能以及对I-F型CRSRPR系统的多重抑制机制。
在本研究中，他们首先解析了AcrIF24的中部结构域截短体蛋白AcrIF24ΔMD的晶体结构，并通过生物信息学分析以及细胞实验，证明了AcrIF24的C端结构域具有Aca蛋白的功能，即抑制acr操纵子的转录。接着，他们证明了AcrIF24可直接结合Csy并与清华大学杨茂君课题组合作解析了AcrIF24-Csy复合物的结构，发现一个AcrIF24二聚体可以结合两分子Csy，即形成了异源四聚体复合物。除此之外，他们发现虽然Csy复合物中crRNA与靶标DNA的结合受到AcrIF24的空间位阻，但AcrIF24-Csy复合物仍然可以吸附非特异性dsDNA并形成更高形式的复合物，从而“误导”Csy复合物结合到外源dsDNA中的“无效”部位。研究组进一步解析了AcrIF24-Csy结合靶标以及非靶标dsDNA的两种AcrIF24-Csy-dsDNA复合物的三维结构，并通过一系列生化实验阐明了AcrIF24诱导Csy复合物产生对dsDNA非特异性吸附的机制与特点。
综上，AcrIF24是首个得到结构解析与功能阐明的Acr-Aca双功能蛋白，并同时具有（1）对crRNA与靶标DNA产生空间位阻；（2）与Csy形成异源四聚体复合物；（3）产生非特异DNA吸附等三方面的作用。其作用机理的阐明为其他Acr-Aca蛋白的研究提供思路，也为将其开发为I-F型CRISPR-Cas基因编辑的调控工具奠定基础。
CRISPR-Cas系统是迄今为止原核生物中唯一发现的获得性免疫系统，它为细菌及古细菌对抗外来入侵提供了强有力的保护。在对其工作机制的阐明过程中，科学家将CRISPR-Cas系统开发为高效基因编辑工具，詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和埃马纽尔·夏彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）教授凭借相关研究中的贡献获得2020年诺贝尔化学奖。同时，以噬菌体为代表的可移动遗传原件为求生存，也进化出相应的手段以制约CRISPR-Cas系统，如编码Anti-CRISPR（Acr）蛋白等[2]。Acr蛋白可作为天然的“刹车工具”调控CRISPR-Cas系统，因而可被开发为基于CRISPR-Cas的基因编辑系统的调控工具。另一方面，对Acr蛋白抑制机制的阐明能够反映CRISPR-Cas系统发挥作用时的弱点环节，进一步加深我们对CRISPR-Cas系统的认知。由于Acr蛋白的重要性及其序列之间相似度低的特点，众多科学家通过解析Acr蛋白三维结构以阐明其作用机制。
本篇论文是杨灵光与尹培培老师在北京化工大学博士后期间从事蛋白质结构生物学研究的部分成果，宜春学院为第二署名单位。除此之外，二位老师博士后期间以新型I-F型Anti-CRISPR蛋白结构解析与机制阐明为主要研究方向，并取得一系列重要进展。相关研究成果以共同第一作者身份发表于Cell子刊Molecular Cell [3] (中科院一区TOP，2020. IF=17.97)，RNA Biology[4] (中科院二区，2021. IF=4.652)，并以合作作者身份参与Nucleic Acids Research[5]，2020. IF=16.971；Nature Chemical Biology[6]，2022. IF=15.040等部分研究发表，在CRISPR与Anti-CRISPR领域收获了一定反响。
1.Yang L#, Zhang L#, Yin P#, Ding H#, Xiao Y, Zeng J, et al. Insights into the inhibition of type I-F CRISPR-Cas system by a multifunctional anti-CRISPR protein AcrIF24. Nature Communications 2022, 13(1): 1931.
2.Bondy-Denomy J, Garcia B, Strum S, Du M, Rollins MF, Hidalgo-Reyes Y, et al. Multiple mechanisms for CRISPR-Cas inhibition by anti-CRISPR proteins. Nature 2015, 526(7571): 136-139.
3.Niu Y#, Yang L#, Gao T#, Dong C#, Zhang B#, Yin P, et al. A Type I-F Anti-CRISPR Protein Inhibits the CRISPR-Cas Surveillance Complex by ADP-Ribosylation. Mol Cell 2020, 80(3): 512-524 e515.
4.Yang L#, Zhang Y#, Yin P#, Feng Y. Structural insights into the inactivation of the type I-F CRISPR-Cas system by anti-CRISPR proteins. RNA Biol 2021, 18(sup2): 562-573.
5.Liu X#, Zhang L#, Xiu Y#, Gao T#, Huang L, Xie Y, et al. Insights into the dual functions of AcrIF14 during the inhibition of type I-F CRISPR-Cas surveillance complex. Nucleic Acids Res 2021, 49(17): 10178-10191.
6.Xie Y#, Zhang L#, Gao Z#, Yin P, Wang H, Li H, et al. AcrIF5 specifically targets DNA-bound CRISPR-Cas surveillance complex for inhibition. Nat Chem Biol 2022.