Ученые определили функцию белка Cas4 в системах защиты CRISPR-Cas

Исследователи из Делфтского технического университета определили роль белка Cas4, присутствующего в большинстве CRISPR-систем. Оказалось, что этот белок помогает формировать функциональные воспоминания о вторжении вирусных элементов, чтобы защитить бактериальную клетку от инфекции.

Генетическая память

CRISPR-Cas9 — это бактериальный защитный механизм, способный разрезать вирусную ДНК. Но сначала бактерии необходимо сформировать генетическую память о вирусе. Для этого она захватывает фрагменты ДНК вируса и встраивает их в собственный геном. При повторной атаке того же вируса клетка распознает захватчика и отправляет на его уничтожение режущий белок, например, Cas9.

Роль Cas4

До сих пор роль белка Cas4 была неясна. Ученые ввели ген Cas4 в клетки E. coli, содержащие основной механизм формирования CRISPR-памяти, а в других клетках этого не делали.

Результат: Бактерия формировала воспоминания о захватчике и без Cas4, но эти воспоминания не обеспечивали защиту. Только при наличии Cas4 встраиваемые в геном фрагменты чужеродной ДНК действительно обеспечивали клетке устойчивость к вирусу.

Ключ — PAM-последовательности

Причина, по которой воспоминания, сформированные без Cas4, бесполезны, связана с PAM (Protospacer Adjacent Motifs). Это короткие последовательности ДНК, которые служат точкой узнавания для белков вроде Cas9.

• При редактировании генома с помощью Cas9 выбор правильного PAM критически важен для успеха эксперимента.
• Бактерия сталкивается с той же проблемой: при выборе фрагмента ДНК для встраивания в геном в качестве памяти система CRISPR должна выбрать последовательность, окруженную PAM. Белок Cas будет использовать PAM для поиска цели и не станет атаковать последовательности без PAM.

Роль Cas4 заключается в том, чтобы гарантировать встраивание в бактериальную ДНК только тех последовательностей, которые окружены PAM. Это приводит к формированию функциональных воспоминаний, которые можно использовать при повторной вирусной атаке.

Теперь исследователи изучают, как именно работает этот процесс, и можно ли использовать это открытие для внедрения адаптивного иммунитета в организмы (помимо микробов), которые от природы не обладают системой защиты CRISPR.