Ученые раскрыли новые физиологические функции сторожевой РНК CRISPR-Cas

Долгое время оставалось неясным, как экспрессия белков Cas в бактериальной иммунной системе CRISPR-Cas адаптируется к постоянно меняющимся структурам CRISPR и уровням экспрессии crРНК.

Лаборатория профессоров Ли Мина и Сян Хуа в Институте микробиологии Китайской академии наук раскрыла новые физиологические функции сторожевой РНК CRISPR-Cas и дала ключ к ответу на этот вопрос. Работа опубликована в Cell Host & Microbe.

Исследователи впервые сообщили о сторожевой РНК CRISPR-Cas в 2021 году. Это пара регулируемых CRISPR-Cas двухцепочечных РНК токсин-антитоксин, названная CreTA (CRISPR-regulated toxin-antitoxin).

В этом исследовании ученые обнаружили, что антитоксин CreA (crRNA-resembling antitoxin) не только направляет белки Cas на подавление экспрессии гена токсина creT, делая бактериальные клетки «зависимыми» от белков Cas (если белки Cas инактивированы или ингибированы, токсин будет экспрессироваться и убивать клетки), но также опосредует самоингибирующую регуляторную цепь белков Cas. Это эффективно позволяет избежать энергетической нагрузки и риска аутоиммунитета (нацеливания на собственную ДНК), вызванных избыточной экспрессией Cas-белков.

С помощью масштабного биоинформатического анализа было обнаружено, что молекула, подобная CreA, — Cas-regulating RNA (CreR), не имеющая связанного токсина CreT, — широко представлена в системах CRISPR Класса 1 и Класса 2.

Что еще важнее, эти молекулы CreR (или CreA) могут опосредовать авторегуляцию белков Cas. Они не только чувствуют концентрацию внутриклеточной crРНК и обеспечивают их скоординированную экспрессию, но и эффективно чувствуют анти-CRISPR (Acr) белки, кодируемые фагами, тем самым быстро активируя высокоуровневую экспрессию Cas-белков в ответ на атаки Acr.

Эта работа не только дает новую перспективу на фундаментальный вопрос о том, как CRISPR-Cas координирует экспрессию crРНК и Cas-белков, но и раскрывает новую анти-анти-CRISPR стратегию на уровне транскрипции.