Type III CRISPR systems provide immunity against genetic invaders through the production of cyclic oligo-adenylate (cA_n) molecules that activate effector proteins that contain CRISPR-associated Rossman fold (CARF) domains. Here, we characterized the function and structure of an effector in which the CARF domain is fused to an adenosine deaminase domain, CRISPR-associated adenosine deaminase 1 (Cad1). We show that upon binding of cA₄ or cA₆ to its CARF domain, Cad1 converts ATP to ITP, both in vivo and in vitro. Cryoelectron microscopy (cryo-EM) structural studies on full-length Cad1 reveal an hexameric assembly composed of a trimer of dimers, with bound ATP at inter-domain sites required for activity and ATP/ITP within deaminase active sites. Upon synthesis of cA_n during phage infection, Cad1 activation leads to a growth arrest of the host that prevents viral propagation. Our findings reveal that CRISPR-Cas systems employ a wide range of molecular mechanisms beyond nucleic acid degradation to provide adaptive immunity in prokaryotes.

中文翻译：

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CRISPR 相关腺苷脱氨酶 Cad1 将 ATP 转化为 ITP 以提供抗病毒免疫


III 型 CRISPR 系统通过产生环状寡核苷酸腺苷酸 （cA_n） 分子来提供对遗传入侵者的免疫力，这些分子激活包含 CRISPR 相关罗斯曼折叠 （CARF） 结构域的效应蛋白。在这里，我们表征了效应子的功能和结构，其中 CARF 结构域与腺苷脱氨酶结构域 CRISPR 相关腺苷脱氨酶 1 （Cad1） 融合。我们表明，在 cA₄ 或 cA₆ 与其 CARF 结构域结合后，Cad1 在体内和 体外都将 ATP 转化为 ITP 。对全长 Cad1 的冷冻电子显微镜 （cryo-EM） 结构研究揭示了由二聚体三聚体组成的六聚体组装体，在活性所需的结构域间位点具有结合的 ATP，在脱氨酶活性位点内具有 ATP/ITP。在噬菌体感染过程中合成 cA_n 后，Cad1 激活导致宿主生长停滞，从而阻止病毒传播。我们的研究结果表明，CRISPR-Cas 系统采用核酸降解之外的广泛分子机制来为原核生物提供适应性免疫。