Молекулярный переключатель для CRISPR
Бактерии и вирусы ведут эволюционную гонку вооружений. Для многих бактерий одной из линий защиты от вирусной инфекции является сложная РНК-направленная «иммунная система» CRISPR-Cas. В центре этой системы находится комплекс наблюдения, который распознает вирусную ДНК и запускает её уничтожение. Вирусы, в свою очередь, могут контратаковать и отключать этот комплекс с помощью белков «анти-CRISPR». Механизм их работы долгое время оставался неизвестным.
Впервые исследователи определили структуру вирусных белков анти-CRISPR, присоединенных к бактериальному CRISPR-комплексу наблюдения, и выяснили, как именно вирусы выводят из строя защитную систему бактерий. Команда под руководством биолога Габриэля К. Ландера из Исследовательского института Скриппса обнаружила, что анти-CRISPR-белки блокируют способность CRISPR идентифицировать и атаковать вирусный геном. Один из таких белков даже «имитирует» ДНК, чтобы сбить с толку систему наведения CRISPR.
Новое исследование, со-руководителем которого выступил Блейк Виденхефт из Университета штата Монтана, было недавно опубликовано в журнале Cell.
CRISPR (расшифровывается как «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами») находится на переднем крае новых технологий редактирования генома. Хотя CRISPR-Cas9 — самая известная система, существует 19 различных типов CRISPR-систем, каждый из которых может иметь уникальные преимущества для генной инженерии.
Используя метод высокого разрешения — крио-электронную микроскопию, — исследователи обнаружили три важных аспекта работы систем CRISPR и анти-CRISPR.
Механизм сканирования. Белки внутри комплекса обхватывают направляющую CRISPR РНК, как рука, обнажая её специфические участки. Эти участки сканируют вирусную ДНК в поисках узнаваемых генетических последовательностей. Если цель найдена, комплекс привлекает другие молекулы для уничтожения генома вируса.
Первый способ блокировки. Один тип анти-CRISPR-белка покрывает обнаженный участок направляющей РНК, не позволяя системе сканировать вирусную ДНК. Эти белки нацелены на критически важный элемент механизма CRISPR. Чтобы избежать их атаки, бактериям пришлось бы полностью изменить механизм распознавания ДНК, что сделало бы систему неработоспособной.
Второй способ блокировки. Другой анти-CRISPR-белок, судя по его расположению и отрицательному заряду, действует как «имитатор ДНК». Он обманывает CRISPR, заставляя его связываться с этим обездвиживающим белком вместо вторгающейся вирусной ДНК.
Новое понимание механизмов анти-CRISPR может в конечном итоге привести к созданию более совершенных и эффективных инструментов для редактирования генов. Возможно, анти-CRISPR-белки можно будет использовать в CRISPR-системах в качестве «перехватчиков» для блокировки редактирования генов. Или же, наоборот, деградация этих белков сможет запускать процесс редактирования. «Это может сработать как переключатель "включить-выключить" для CRISPR», — сказал Ландер.