Новый «помощник в принятии решений» для иммунных ответов CRISPR
Иммунные системы постоянно решают вопрос «свой или чужой». Они должны распознавать и уничтожать чужеродных захватчиков, не вызывая аутоиммунитета. Прокариотические системы CRISPR-Cas распознают захватчиков на основе генетической последовательности. Но что происходит, если геном хозяина содержит такие же последовательности? Исследовательская группа из Института Гельмгольца в Вюрцбурге совместно с Университетом штата Северная Каролина (США) обнаружила контрольный механизм в системах CRISPR-Cas, использующих нуклеазы Cas13. Эти системы запускают обширный иммунный ответ только если концентрация целевой РНК превышает определенный порог. Это открытие открывает новые возможности для использования CRISPR-Cas13 в лечении наследственных и инфекционных заболеваний. Результаты опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.
Три золотых правила
В системах защиты CRISPR-Cas, которые есть у бактерий, регулярно возникает необходимость решать, запускать ли иммунный ответ. В системах, использующих нуклеазы Cas13, иммунный ответ проявляется в виде масштабной деградации рибонуклеиновой кислоты (РНК), что вводит клетку в состояние покоя. В такой среде вирус не может реплицироваться, что ограничивает его распространение.
До сих пор считалось, что системы CRISPR-Cas13 активируются при выполнении двух критериев: совпадении целевой РНК с направляющей РНК системы и наличии дополнительной фланкирующей последовательности. «То, что концентрация целевой РНК также играет важную роль, было совершенно неожиданно», — поясняет Елена Виалетто, первый автор исследования. Этот дополнительный «помощник в принятии решений» позволяет клеткам отличать острую и потенциально смертельную инфекцию от безобидной, которой можно пренебречь.
«Клетки могут решать, представляет ли инфекция угрозу», — говорит Виалетто. По словам руководителя исследования Чейза Бейзела, это важно, потому что некоторые инфекции могут быть полезны для бактерии. Например, определенные захватчики содержат гены устойчивости к антибиотикам и только встраиваются в геном бактерии, не убивая клетку.
Новые возможности для терапии и сайленсинга генов
Нуклеаза Cas13 имеет потенциал для использования в борьбе с вирусными заболеваниями или для «выключения» нежелательных генов. «Всегда было загадкой, почему Cas13 вызывает покой у бактерий через массовое расщепление РНК, но в клетках человека расщепляет только целевую РНК. Наша работа показывает, что уровни РНК могут помочь объяснить эту разницу», — говорит Виалетто. «Это дает дополнительный фактор, который следует учитывать при применении Cas13 для сайленсинга генов», — добавляет Бейзел.
В качестве следующего шага исследователи планируют изучить, как этот пороговый принцип распространяется на другие системы CRISPR-Cas, распознающие РНК. «Существует целый класс систем, называемых системами III типа, которые распознают РНК, но для сопутствующего расщепления РНК или ДНК полагаются на другие белки. Здесь уровни РНК также могут сильно влиять на запуск иммунного ответа», — отмечает Бейзел.