CRISPR-Cas9 действует как регулятор активности генов в бактериях

Учёные из Университета Джонса Хопкинса обнаружили, что система CRISPR-Cas9, помимо своей основной роли "генетических ножниц", может выполнять функцию "диммера" — регулятора активности собственных генов CRISPR. Это открытие может помочь в разработке новых методов генной инженерии.

Результаты опубликованы 8 января в журнале Cell.

Исследователи работали с бактерией Streptococcus pyogenes и искали гены, которые усиливают или подавляют активность системы CRISPR-Cas9. Они обнаружили, что деактивация определённого гена приводит к резкому росту активности CRISPR в бактериях. Продуктом этого гена оказалась длинная форма tracrRNA.

Ключевые открытия:

• Длинная форма tracrRNA действует как "тормоз" для системы CRISPR-Cas9, перепрограммируя фермент Cas9. Вместо того чтобы разрезать ДНК, комплекс Cas9 с длинной tracrRNA связывается с ДНК и подавляет экспрессию генов.
• Эта длинная форма структурно сочетает в себе функции короткой tracrRNA и направляющей РНК (guide RNA), но нацелена на саму систему CRISPR-Cas9.
• В бактериях с обилием длинной tracrRNA уровни всех CRISPR-генов были очень низкими. При её удалении экспрессия генов CRISPR-Cas9 возрастала в сотни раз.
• Бактерии, лишённые длинной tracrRNA, через три дня культивирования в лаборатории полностью погибали. Это указывает на то, что длинная tracrRNA защищает клетки от последствий чрезмерно высокой активности CRISPR-Cas9 (аутоиммунитета).
• Учёные смогли генетически перепрограммировать длинную tracrRNA, чтобы она подавляла активность другого гена (отвечающего за зелёную флуоресценцию), подтвердив её потенциал как инструмента регуляции.

Значение и перспективы:

• Открытие объясняет, как бактерии регулируют активность своей CRISPR-системы, балансируя между эффективной иммунной защитой и избеганием аутоиммунных реакций.
• Компоненты длинной tracrRNA обнаружены примерно у 40% бактерий рода Streptococcus.
• Обнаруженный механизм "диммирования" открывает возможности для создания новых инструментов на основе CRISPR-Cas9, направленных не на разрезание, а на тонкую регуляцию активности генов в исследовательских целях.