Исследователи обнаружили генетические ножницы, которые отключаются встроенным таймером
CRISPR-системы (генетические ножницы) берут начало в древней бактериальной иммунной системе. Однако после успешного отражения вирусной атаки клетке необходимо восстановиться.
Исследователи из Университетской клиники Бонна (UKB) и Университета Бонна в сотрудничестве с учёными из Института Пастера во Франции обнаружили встроенный в генетические ножницы таймер, который позволяет им самостоятельно отключаться. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
Некоторые бактерии развили CRISPR-системы в ответ на атаки бактериофагов. Эта иммунная система распознаёт генетический материал фага, уничтожает его и таким образом защищает от вирусных атак.
При обнаружении фагов варианты иммунной системы III типа производят сигнальные молекулы — циклические олигоаденилаты (cOAs), которые бактерии используют для запуска сложного плана экстренного реагирования. Это обеспечивает оптимальную и широкомасштабную борьбу с вирусом.
Исследовательская группа под руководством PD д-ра Грегора Хагелюкена из Института структурной биологии UKB обнаружила, что сигнальная молекула cA4, производимая генетическими ножницами, связывается с белком CalpL. Активированные таким образом белковые ножницы запускают сигнальный каскад, который помогает клетке пережить вирусную атаку.
Боннские исследователи раскрыли совершенно новый аспект CRISPR-систем, которые можно легко перепрограммировать для биотехнологических и медицинских целей. «Эти активируемые CRISPR белковые ножницы, которые мы обнаружили, — совершенно новый инструмент в арсенале молекулярной биологии», — говорит Нилс Шнебергер, докторант Института структурной биологии Университета Бонна в UKB, сыгравший ключевую роль в открытии белка CalpL.
Восстановление клетки путём ограничения противовирусного ответа
«Однако после вирусной атаки крайне важно устранить оставшиеся циклические олигоаденилаты, чтобы прекратить противовирусную реакцию и вернуть клетку в нормальное состояние», — говорит Софи Биндер, которая делит первое авторство исследования со Шнебергером и также является докторантом Института структурной биологии Университета Бонна в UKB.
В сотрудничестве с исследователями из Института Пастера в Париже и Института органической химии и биохимии имени Кекуле Университета Бонна учёные смогли показать, что так называемый SAVED-домен протеазы CalpL обладает активностью кольцевой нуклеазы, которая расщепляет cA4.
«Таким образом, белок содержит нечто вроде молекулярного таймера, который выключает иммунный ответ. Расщепляя cA4 на линейные фрагменты, регулируется продолжительность иммунного ответа, что позволяет контролируемо вернуть клетку к нормальным условиям», — говорит Биндер.
Переключаемая протеаза, такая как CalpL, также представляет большой интерес для биотехнологических применений, например, в качестве молекулярного сенсора. «Вновь обнаруженная активность кольцевой нуклеазы на самом деле является недостатком для таких целей, — отмечает PD д-р Хагелюкен. — Однако в нашем исследовании мы также смогли показать, как можно специфически ингибировать активность кольцевой нуклеазы, чтобы сенсор не отключался снова».