Das unerwartete Anti-CRISPR-Protein, das die RNA-Bindung festigt

Die CRISPR-CAS-Genschere bietet eine breite Palette potenzieller Anwendungen, von der Behandlung genetischer Krankheiten bis hin zu antiviralen Therapien und Diagnostika. Um jedoch ihre Kräfte sicher zu nutzen, suchen Wissenschaftler nach Mechanismen, die die Aktivität des Systems regulieren oder hemmen können. Betreten Sie das Anti-CRISPR-Protein Acrvib1, ein vielversprechender Inhibitor, dessen genaue Funktion ein Rätsel geblieben ist-bis jetzt.

Ein Forschungsteam des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig hat die genauen Art und Weise auf die genauen Art und Weise aufdeckt, die die bekannten Mittel erweitern können, die Acrs können können können können können können können können können können CRISPR schließen. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in der Zeitschrift Molekülzelle.

Bakterien und ihre als Phagen bekannten Viren sind in einem uralten Wettrüsten eingesperrt. Um sich gegen Phagenangriffe zu verteidigen, haben Bakterien ausgefeilte Mechanismen entwickelt, um eindringende Viren zu erkennen und entgegenzuwirken. Phagen haben wiederum innovative Strategien entwickelt, um diesen Verteidigungen zu entgehen. Ein hervorragendes Beispiel für diesen fortlaufenden Kampf ist das CRISPR-CAS-Verteidigungssystem in Bakterien, das von Anti-CRISPR-Proteinen (ACRs) in Phagen entgegenwirkt, die diese bakteriellen „Genschere“ spezifisch blockieren.

Abgesehen von ihrer konterdefensiven Funktion sind Anti-CRISPR-Proteine ​​vielversprechend, um eine genauere Kontrolle über CRISPR-Technologien zu ermöglichen. Das Forschungsteam hat nun die Funktion eines wichtigen und doch uncharakterisierten Anti-CRISPR-Proteins weiter aufgeklärt.

„In einer früheren Studie haben wir einen tiefen Lernalgorithmus verwendet, um neue ACRs vorherzusagen. Dies führte zur Identifizierung von ACRVIB1, dem ersten Anti-CRISPR-Protein, der auf die Cas13b-Nuklease abzielte“ zusammen mit der Abteilung von Prof. Wulf Blankenfeldt bei HZI.

„Die Nuclease Cas13b kann RNA erkennen und schneiden. Es wird derzeit verwendet, um Gene zum Schweigen zu bringen, ob sie ihre Funktion untersuchen, klare Viren klaren oder genetische Erkrankungen entgegenwirken, die mit dem Gen verbunden sind.“ Wie das Protein Acrvib1 Cas13b hemmt, blieb jedoch bisher unbekannt. In seiner Studie präsentiert das Forschungsteam diesen völlig neuen Blockierungsmechanismus.

Eine RNA -Sackgasse

Die Cas13b -Nuklease arbeitet durch Interaktion mit einer CRISPR -Ribonukleinsäure (crRNA), die als Leitfaden zur Identifizierung und Bindung an komplementäre RNA -Sequenzen dient, beispielsweise diejenigen aus Phagen. Sobald die Ziel -RNA gebunden ist, kann Cas13b nicht nur diese komplementären RNA -Moleküle, sondern auch alle anderen RNAs in der Nähe spalten und abbauen.

Während die meisten bekannten Anti-CRISPR-Proteine ​​Schritte entlang dieses Pfades blockieren, wie z. B. crRNA-Bindung oder Zielerkennung, weist ACRVIB1 eine radikal andere Strategie an: Anstatt die Bindung der crRNA an CAS13B zu blockieren, verbessert ACRVIB1 sie sogar. Das geformte Paar ist jedoch dysfunktional, was bedeutet, dass das Enzym auch dann nicht mit dem Abbau von RNAs beginnen kann, wenn sein Ziel vorhanden ist. Darüber hinaus wird die gebundene crRNA anfällig für Angriffe durch zelluläre Ribonukleasen, die RNA -Moleküle abbauen.

„Die engere Bindung zwischen Nuklease und Führungs -RNA war völlig unerwartet. Der einfachere und daher anfangs erwartete Mechanismus hätte es gewesen sein, nur die Leitfaden -RNA daran zu verhindern, Chase Beisels Labor.

„Trotzdem scheint der von Acrvib1 eingeschlagene Weg effektiver zu sein: Acrvib1 bindet dicht an die Cas13b inaktiv. Gleichzeitig erhöht er den Umsatz von Führungs -RNAs und macht Cas13b ein Sackgassen für CRRNAs.“

Chase Beisels Team in Hiri und das Labor von Wulf Blankenfeldt bei HZI haben sich zusammengeschlossen, um die Struktur des Hemmungsmechanismus genauer zu entschlüsseln. Unter Verwendung der Kryo-Elektronenmikroskopie zeigte die Gruppe von Blankenfeldt, dass Acrvib1 an Cas13b bindet und die crRNA-Bindungsdomäne nicht mehr auftretend ist.

„Unser Befund liefert eine Blaupause für die Entwicklung von Molekülen, die die Funktion des Anti-CRISPR-Proteins nachahmen oder verändern können“, sagt Blankenfeldt. Dies sind die ersten Daten aus der neuen Kryo-Elektronen-Mikroskopie-Einrichtung des HZI.

Ein riesiges Feld

„In Zukunft könnten wir Moleküle wie ACRVIB1 verwenden, um CRISPR -Systeme über eine Vielzahl von Anwendungen hinweg zu regulieren oder vorübergehend zu deaktivieren“, erklärt Blankenfeld. Diese Entdeckung bietet das Potenzial, die Sicherheit und Präzision von CRISPR-basierten Technologien weiter zu verbessern.

„Die Entschlüsselung dieses Mechanismus liefert auch wertvolle Einblicke in die Koevolution von Bakterien und Viren, die ständig versuchen, sich gegenseitig zu übertreffen“, erklärt Wandera. Das tiefere Verständnis der Bakterienresistenz könnte eine zentrale Rolle bei der Entwicklung neuer Antibiotika spielen und die Möglichkeiten der synthetischen Biologie erweitern.

Zusammenfassend trägt diese Studie nicht nur zu einem besseren Verständnis der Anti-CRISPR-Strategien bei, sondern auch den Weg für innovative Therapien und diagnostische Ansätze in der Medizin. „Aber dies ist nur der Anfang: Es gibt sicherlich viele weitere ACRs und neuartige inhibitorische Mechanismen, die darauf warten, entdeckt zu werden“, sagt Beisel.