緑膿菌で同定されたタイプI-E Acrタンパク質であるAcrIE9は、Cas7eサブユニットと相互作用することで、Cascadeを介したDNA結合を阻害するとされている。しかし、その構造基盤と正確な阻害機構は不明であった。韓国の研究チームは今回、X線結晶構造解析で決定した結晶構造 (1.73Å分解能) と追加の構造解析および生化学分析の結果を報告している。
AcrIE9は溶液中ではモノマーとダイマーの双方のコンフォメーションをとるが、結晶構造はホモダイマー・アセンブリを示した。各プロトマーは独自のα/β構造を採用しており、構造類似性検索から、AcrIE9はこれまで特徴付けられていないタンパク質フォールドを表すことが示された。
緑膿菌から個別に精製されたタイプI-E Casサブユニットを用いたin vitro結合アッセイでは、Cas7eを含め、AcrIE9との直接的な相互作用は検出されなかった。
これらの知見は、AcrIE9がCascade複合体内部でのみ形成される複合界面を認識する可能性を示唆したが、これはAcrIE9 に結合した P. aeruginosa カスケード複合体のAlphaFold3予測モデルにおいて、4 Å 以内の 3 つの異なる Cas7e サブユニットとの相互作用が見られたことと整合している。
しかし、研究チームは今回の実験において、使用した(His)6-MBP タグ (約 42 kDa) が立体障害を引き起こしAcr–Cas 相互作用を妨害している可能性、および、個々に発現した組み換え Cas タンパク質は、適切に折り畳まれるには共発現または隣接サブユニットとの相互作用が必要になる可能性があるため、組み立てられたカスケード複合体の外側では本来の立体構造をとらない可能性、を挙げて、さらなる構造的および/または生化学的分析の必要であると結論づけた。
[補足] クラス１タイプI-E CRISPR-Casシステムと抗タイプI-E（AcrIEs)タンパク質
- タイプI-Eシステムは8つの異なるCasタンパク質で構成されている。Cas1とCas2は、外来核酸断片をCRISPRアレイに組み込む（adaptation）の役割を担っている。5つのCasタンパク質（Cas5e、Cas6e、Cas7e、Cas8e、Cas11）はCRISPR RNA（crRNA）と会合して、抗ウイルス防御のためのCRISPR関連複合体（Cascade）を形成し、これが監視複合体として機能し、標的配列を認識すると、ヌクレアーゼCas3がリクルートされ、標的DNAを分解するに至る。
- AcrIEsとして、これまでに、AcrIE1, AcrIE2, AcrIE3, AcrIE4, AcrIE7, およびAcrIE10の構造、そして、それぞれが、タイプI-E Casを構成する異なる構成要素を標的として、タイプI-E CRISPR-Casシステムの免疫応答の異なるステージを阻害することが、明らかにされてきた。
- AcriE9は緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）で同定され、Δcas3を背景としたCRISPRi転写抑制アッセイを用いてその阻害機能が検証され、Cascade複合体によるDNA結合を阻害することが示唆された [#1]。その後、AcrIE9がCascadeのCas7eサブユニットと特異的に相互作用し、DNAとの結合を阻害することが報告された [#2]。しかしながら、AcrIE9の分子構造は未解明のままであった。なお、Klebsiella pneumoniae からは、AcrIE9と40.5〜44.6％の配列同一性を有する新規AcrIE9様タンパク質（AcrIE9.2）が発見されている [#3]。
[#] 参考論文とcrisp_bio記事
- "Mobile element warfare via CRISPR and anti-CRISPR in Pseudomonas aeruginosa" León LM [..] Bondy-Denomy J. Nucleic Acids Res. 2021-02-26.
- "A census of anti-CRISPR proteins reveals AcrIE9 as an inhibitor of Escherichia coli K12 Type IE CRISPR-Cas system" Taranenko D [..] Semenova E, Isaev A. bioRxiv 2025-05-10 (preprint).
- crisp_bio 2023-04-11 肺炎桿菌配列型15 (ST15) におけるbla<KPC>の拡散に関与する新たな抗CRISPRタンパク質AcrIE9.2
[出典] "Structural characterization of anti-CRISPR protein AcrIE9" Kang J, Koo J, Oh H, Bae E. Structural Dynamics 2025-12-24. https://doi.org/10.1063/4.0000789 [所属] Seoul National University
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