La protéine anti-crrispr inattendue qui resserre la liaison à l’ARN

Les ciseaux de gènes CRISPR-CAS offrent un large éventail d’applications potentielles, du traitement des maladies génétiques aux thérapies antivirales et aux diagnostics. Cependant, pour exploiter en toute sécurité leurs pouvoirs, les scientifiques recherchent des mécanismes qui peuvent réguler ou inhiber l’activité des systèmes. Entrez dans la protéine anti-CRISPR ACRVIB1, un inhibiteur prometteur dont la fonction exacte est restée un mystère – jusqu’à présent.

Une équipe de recherche de l’Institut Helmholtz pour la recherche sur les infections basée sur l’ARN (HIRI) à Würzburg, en collaboration avec le Helmholtz Center for Infection Research (HZI) à Braunschweig, a découvert la manière précise des œuvres ACRVIB1 qui étendent les moyens connus par lesquels ACRS peut Arrêtez CRISPR. Les résultats sont publié dans le journal Cellule moléculaire.

Les bactéries et leurs virus, appelés phages, sont enfermés dans une course aux armements séculaire. Pour se défendre contre les attaques de phages, les bactéries ont évolué des mécanismes sophistiqués pour reconnaître et contrer les virus envahisseurs. À leur tour, les phages ont développé des stratégies innovantes pour échapper à ces défenses. Un excellent exemple de cette bataille en cours est le système de défense CRISPR-CAS dans les bactéries, contractée par des protéines anti-CRISPR (ACR) dans les phages, qui bloquent spécifiquement ces «ciseaux de gènes» bactériens.

Outre leur fonction contre-défensive, les protéines anti-CRISPR sont très prometteuses pour permettre un contrôle plus précis sur les technologies CRISPR. L’équipe de recherche a désormais élucidé la fonction d’une protéine anti-crrispr importante mais non caractérisée.

« Dans une étude précédente, nous avons utilisé un algorithme d’apprentissage en profondeur pour prédire les nouveaux ACR. avec le Département du professeur Wulf Blankenfeldt à HZI.

« La nucléase CAS13B peut reconnaître et couper l’ARN. Elle est actuellement utilisée pour faire taire les gènes, qu’il s’agisse d’étudier leur fonction, de virus clairs ou de contrecarrer les maladies génétiques liées au gène. » Cependant, la façon dont la protéine ACRVIB1 inhibe CAS13B est restée inconnue jusqu’à présent. Dans leur étude, l’équipe de recherche présente ce tout nouveau mécanisme de blocage.

Une impasse de l’ARN

La nucléase CAS13B fonctionne en interagissant avec un acide ribonucléique CRISPR (CRRNA), qui sert de guide pour identifier et se lier à des séquences d’ARN complémentaires, par exemple celles des phages. Une fois que l’ARN cible est lié, CAS13B peut cliver et dégrader non seulement ces molécules d’ARN complémentaires, mais aussi tous les autres ARN au voisinage.

Alors que les protéines anti-CRISPR la plus connu bloquent les étapes le long de ce chemin telles que la liaison au CRRNA ou la reconnaissance cible, ACRVIB1 adopte une stratégie radicalement différente: plutôt que de bloquer la liaison du CRRNA à CAS13B, ACRVIB1 l’améliore même. La paire formée est cependant dysfonctionnelle, ce qui signifie que l’enzyme ne peut pas commencer à dégrader des ARN même lorsque sa cible est présente. De plus, l’ARNr lié devient vulnérable à l’attaque par des ribonucléases cellulaires, qui décomposent les molécules d’ARN.

« La liaison plus stricte entre la nucléase et l’ARN guide était entièrement inattendue. Le mécanisme plus simple et donc initialement attendu aurait été d’empêcher simplement l’ARN de guide de se lier en premier lieu », a déclaré la première auteur, la Dre Katharina Wandera, qui a terminé son doctorat en Chase Beisel’s Laboratory.

« Néanmoins, le chemin emprunté par ACRVIB1 semble être plus efficace: ACRVIB1 se lie étroitement et rend ainsi Cas13b inactif. En même temps, il augmente le chiffre d’affaires des ARN guides, faisant de CAS13B une impasse pour les CRRNA. »

L’équipe de Chase Beisel à Hiri et le laboratoire de WULF Blankenfeldt à HZI ont uni leurs forces pour déchiffrer plus précisément la structure du mécanisme d’inhibition. En utilisant la microscopie cryo-électron, le groupe de Blankenfeldt a montré que AcrVib1 se lie à CAS13B, laissant le domaine de liaison au CRRNA sans attache.

« Notre constatation fournit un plan pour le développement de molécules qui pourraient imiter ou modifier la fonction de la protéine anti-CRISPR », explique Blankenfeldt. Ce sont les premières données de la nouvelle installation de microscopie cryo-électronique de HZI à être publiée.

Un vaste champ

« À l’avenir, nous pourrions utiliser des molécules telles que ACRVIB1 pour réguler ou désactiver temporairement les systèmes CRISPR à travers une variété d’applications », déclare Blankenfeldt. Cette découverte est possible pour améliorer encore la sécurité et la précision des technologies basées sur CRISPR.

« Le déchiffrement de ce mécanisme fournit également des informations précieuses sur la co-évolution des bactéries et des virus, qui essaient constamment de se déjouer », explique Wandera. La compréhension plus profonde de la résistance bactérienne pourrait jouer un rôle central dans le développement de nouveaux antibiotiques et élargir les possibilités de la biologie synthétique.

En résumé, cette étude contribue non seulement à une meilleure compréhension des stratégies anti-CRISPR, mais ouvre également la voie à des thérapies innovantes et à des approches diagnostiques en médecine. « Mais ce n’est que le début: il y a certainement beaucoup plus d’ACRS et de nouveaux mécanismes inhibiteurs qui attendent d’être découverts », explique Beisel.