Ученые выяснили роли и взаимодействие белков CRISPR-Cas
Новое исследование Университета Джорджии и UConn Health раскрывает базовые механизмы работы РНК-вирусной иммунной системы CRISPR-Cas.
CRISPR-Cas — это защитный механизм бактерий и архей, позволяющий им отражать атаки вирусов. При заражении бактерия «записывает» фрагмент ДНК вируса в свой собственный геном и использует эту запись для создания РНК, которые направляют бактериальный белок на уничтожение вирусной ДНК.
Хотя систему изучают для применения в редактировании генов человека, ученым необходимо глубже понять базовый биологический процесс, обеспечивающий иммунитет.
Профессор Майкл Тернс и постдок Масами Шиимори (Университет Джорджии) совместно с Брентоном Грейвли и Сандрой Гарретт (UConn Health) провели секвенирование миллионов геномов, чтобы изучить этот процесс. Исследование сосредоточено на начальном этапе — адаптации, когда фрагменты ДНК захватчика распознаются и встраиваются в геном хозяина, обеспечивая иммунитет для потомства.
Ранее было неясно, как клетка распознает вирус и какие белки необходимы для успешного встраивания. «В этом проекте мы смогли определить, как бактериальная иммунная система создает молекулярную память... и передает ее бактериальному потомству», — сказал Грейвли.
Анализ данных показал, как два плохо изученных белка Cas4 функционируют в тандеме с универсальными для всех систем CRISPR-Cas белками Cas1 и Cas2.
На этапе адаптации один из двух вариантов белка Cas4 (Cas4-1 или Cas4-2) распознает сигнальную последовательность рядом с вырезаемым фрагментом ДНК вируса. Присутствуя в клетке вместе с Cas1 и Cas2, белки Cas4 действуют как «генералы» иммунной системы: они обеспечивают получение фрагментов ДНК стандартного размера, определяют место их встраивания и в итоге способствуют уничтожению опасной вирусной ДНК.
«Cas4 присутствует во многих системах CRISPR-Cas, но их роль была загадкой. В нашей системе два белка Cas4 необходимы для управления процессом, чтобы создавались функциональные РНК и обеспечивался иммунитет», — пояснил Тернс.
Для получения результатов команда из Университета Джорджии создала штаммы архей с ключевыми генетическими делециями. Сотни миллионов фрагментов ДНК, захваченных в локусах CRISPR, были отправлены в лабораторию Грейвли для секвенирования на системе Illumina MiSeq с последующим биоинформатическим анализом.
«Данные очень четкие. Мы секвенировали миллионы и миллионы фрагментов ДНК... и постоянно получали одни и те же результаты», — отметил Тернс.
Исследование финансировалось двумя грантами NIH R35 (1R35 GM 118160 и R35 GM118140).