Новый элемент CRISPR регулирует противовирусную защиту

Ученые из Института инфекционных исследований на основе РНК Гельмгольца (HIRI) в Вюрцбурге в сотрудничестве с исследователями из университетов Вюрцбурга, Фрайбурга и Лейпцига впервые описали механизм, с помощью которого бактериальные системы CRISPR-Cas расставляют приоритеты в борьбе с вирусами. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Большинство бактерий используют системы CRISPR-Cas для защиты от вирусов. Эти системы сохраняют фрагменты вирусной ДНК между фиксированными повторяющимися последовательностями в собственном геноме. Из этих сегментов затем производятся CRISPR РНК, которые помогают распознавать и уничтожать вирусы.

Однако хранение десятков или сотен фрагментов создает риск перегрузки системы, если она будет одновременно искать все вирусы. Известно, что системы отдают приоритет самым новым фрагментам для защиты от недавно встреченных вирусов, но механизм этого процесса оставался неизвестным.

Используя в качестве модели систему CRISPR-Cas9 патогена Streptococcus pyogenes, исследовательская группа обнаружила, что приоритеты иммунной защиты задает лидерная РНК (leader RNA). Эта последовательность, расположенная рядом с сегментом повторов и вирусной ДНК, отвечает за интеграцию новых вирусных фрагментов.

Во время транскрипции лидерная РНК складывается с первыми двумя повторами, окружающими самый новый фрагмент, что стимулирует производство первой CRISPR РНК в ущерб другим. Таким образом, система настраивается на поиск именно этого вируса.

«Механизм специфичен для многих CRISPR-систем, включающих белок Cas9, который обычно используется для редактирования генома, хотя, вероятно, существуют и другие механизмы расстановки приоритетов в противовирусной защите», — говорит Чунью Ляо, ведущий автор исследования.

Это открытие стало неожиданностью, так как ранее лидерной РНК отводилась лишь роль в интеграции новых фрагментов. Образованная ею структура представляет собой новый элемент в биологии CRISPR и раскрывает дополнительный механизм, с помощью которого РНК вносит вклад в иммунную защиту.

Полученные данные важны для понимания «гонки вооружений» между бактериями и вирусами. Кроме того, этот механизм может быть использован для разработки мультиплексных CRISPR-технологий для лечения заболеваний, вызванных множественными мутациями в геноме.