AcrIIA26は、Streptococcus pyogenes Cas9（SpyCas9）のDNA結合を阻害するタイプII-A 抗CRISPRタンパク質であると報告 [＊] されたが、その分子メカニズムは解明されていない。ジョンズ・ホプキンズ・ブルームバーグ公衆衛生大学院の生化学・分子生物学のScott Bailey教授が率いる研究チームは今回、SpyCas9-sgRNAと複合体を形成したAcrIIA26の3.0Å分解能クライオ電子顕微鏡構造を決定し、二重の阻害機構を明らかにした。
AcrIIA26は、中央のβシートと両側の2つのαヘリックスバンドルからなる新たなフォールド構造を有している。 5ヘリックスバンドルは、負に帯電した表面を特徴として、その形状は二本鎖DNAを模倣しており、標的に結合したCas9においてPAM二本鎖と同じ位置を占めている。これにより、PAM相互作用ドメインの重要な残基R1333およびR1335が埋め込まれ、PAMの認識が直接ブロックされる。
変異誘発実験から、AcrIIA26の残基E49およびD50がこの相互作用に必須であることが確認された。同時に、4ヘリックスバンドルはCas9 RECローブに結合し、Cas9の活性化に必要な構造変化を立体的に阻害し、AcrIIA26 F121の変異により阻害活性は完全に消失する。
構造比較により、多様なフォールディングにもかかわらず、複数のAcrが収束的に進化してPAMの認識をブロックしたことが明らかになり、これがCas9機能における重大な脆弱性であることが強調された。
AcrIIA26のSpyCas9阻害の機構が明らかになったことから、ゲノム編集の応用を拡大する新たなCas9オフスイッチが設計されることが期待される。
[構造情報]
- EMD-74542 / PDB 9ZQ6: Structure of SpyCas9 in complex with the anti-CRISPR protein AcrIIA26
- AlphaFold3を利用してCas9-sgRNA-AcrIIA26の構造が予測されている。
[＊]
- 2022-03-04 化学的に制御可能なゲノム編集を実現する強力で汎用性の高い抗CRISPRタンパク質を発見. ：Acrs３グループ（Cas9のDNA結合を阻害 - AcrIIA26，AcrIIA27，AcrIIA30，およびAcrIIA31；Cas9のDNA切断を阻害 - AcrIIA24；Cas9のDNA結合とDNA切断の双方を阻害 - AcrIIA25.1とAcrIIA32.1
[出典]
- "Structural basis for inhibition of SpyCas9 by the anti-CRISPR protein AcrIIA26" Bailey S, Zheng I, Learn B. Biochem J. 2026-01-19. https://doi.org/10.1042/BCJ20250364 [所属] Johns Hopkins University Bloomberg School of Public Health
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