Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, как Cas1-Cas2, белки, ответственные за способность иммунной системы CRISPR бактерий адаптироваться к новым вирусным инфекциям, определяют участок генома, где они встраиваются ДНК вируса, чтобы они могли распознать ее позже и организовать атаку.
Эти белки, которые недавно использовались для кодирования фильма в областях CRISPR бактериального генома, полагаются на уникальную гибкость ДНК CRISPR, чтобы распознать ее как сайт, куда должна быть вставлена вирусная ДНК, гарантируя, что «воспоминания » предшествующих вирусных инфекций хранятся должным образом.
В статье, которая будет опубликована в Интернете 20 июля в журнале Science Дженнифер Дудна и ее исследовательской группой, использовались электронная микроскопия и рентгеновская кристаллография, выполненные в Усовершенствованном источнике света в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, на Стэнфордском линейном ускорителе. Center, и установку электронного микроскопа HHMI в Калифорнийском университете в Беркли для захвата структур Cas1-Cas2 в процессе встраивания вирусной ДНК в область CRISPR.
Структуры показывают, что третий белок, IHF, связывается рядом с местом вставки и изгибает ДНК в U-образную форму, позволяя Cas1-Cas2 одновременно связывать обе части ДНК. Ведущие авторы, аспирант Эддисон Райт и научный сотрудник Джун-Джи Лю вместе с соавторами Гэвином Ноттом, Кевином Доксзеном и Евой Ногалес, обнаружили, что реакция требует, чтобы ДНК-мишень изгибалась и частично раскручивалась, что происходит только в правильная цель.
CRISPR-системы - это бактериальная иммунная система, которая позволяет бактериям адаптироваться и защищаться от заражающих их вирусов. CRISPR означает сгруппированные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками и относится к уникальной области ДНК, где фрагменты вирусной ДНК хранятся для дальнейшего использования, что позволяет клетке распознавать любой вирус, который пытается повторно заразить. Вирусная ДНК чередуется с «короткими палиндромными повторами», которые служат в качестве сигнала распознавания, направляющего Cas1-Cas2 на добавление новых вирусных последовательностей.
Специфическое распознавание этих повторов с помощью Cas1-Cas2 ограничивает интеграцию вирусной ДНК в массив CRISPR, позволяя использовать ее для иммунитета и избегая потенциально фатальных последствий вставки вирусной ДНК в неправильное место, сказал Райт.
В то время как многие ДНК-связывающие белки напрямую «считывают» нуклеотиды своей последовательности распознавания, Cas1-Cas2 распознают повтор CRISPR более косвенными средствами: его формой и гибкостью. В дополнение к кодированию белков последовательность нуклеотидов участка ДНК также определяет физические свойства молекулы, при этом некоторые последовательности действуют как гибкие шарниры, а другие образуют жесткие стержни. Последовательность повтора CRISPR позволяет ему изгибаться и изгибаться в правильном направлении, чтобы быть связанным с Cas1-Cas2, позволяя белкам распознавать свою цель по форме.
Исследование лаборатории Джорджа Черча в Гарвардском университете показало, что возможности Cas1-Cas2 по хранению информации могут быть переназначены для записи кадров фильма, а не вирусных последовательностей, и, возможно, могут использоваться для записи других видов информации..
Открытие того, как Cas1-Cas2 распознают свою мишень, открывает двери для модификации самих белков. Изменяя белки, исследователи могли бы перенаправить их на последовательности, отличные от повтора CRISPR, и расширить их применение на организмы без собственного локуса CRISPR.