Cercetătorii identifică un posibil precursor viral al sistemului CRISPR
Două studii publicate în revista Science descriu un sistem ghidat de ARN, descoperit în virusuri, care pare să fie un precursor al CRISPR. Sistemul, denumit VIPR (Viral interference programmable repeat), a fost identificat în genomuri bacteriene și virale alături de un mic ARN noncodant numit vrRNA, care acționează ca ARN ghid.
Originea evolutivă a CRISPR
CRISPR funcționează de miliarde de ani ca sistem imunitar natural în bacterii și alte microorganisme, apărându-le împotriva virusurilor invadatoare. Sistemele CRISPR sunt împărțite în două clase în funcție de proteinele efectoare. Sistemele de clasă 1, mai răspândite, sunt considerate a fi evoluat primele, iar trăsătura lor definitorie o reprezintă proteinele repetate misterioase asociate (RAMPs), care oligomerizează pe ARN-ul CRISPR pentru a forma complexul efector ghidat de ARN. RAMPs sunt printre cele mai conservate și vechi caracteristici ale CRISPR-Cas.
Pentru a urmări originile evolutive ale CRISPR-Cas, echipa a folosit o abordare structurală pentru a căuta proteine similare RAMP și a identificat proteina VIPR. Țintele naturale ale VIPR apăreau frecvent la bacteriofagi rivali, un tip specializat de virus care infectează exclusiv bacterii, se replică în interiorul lor și le distrug. Acest lucru sugerează o competiție străveche între virusuri. Cercetătorii consideră că sistemul VIPR a apărut probabil ca modalitate prin care virusurile se inactivau reciproc când concurau pentru controlul în interiorul bacteriilor invadate. Ulterior, bacteriile ar fi putut prelua sistemele VIPR folosite de virusurile invadatoare și le-ar fi adaptat pentru apărarea gazdei, evoluând în cele din urmă în sistemul CRISPR.
Un cod neobișnuit de țintire
Echipa a descoperit că VIPR folosește un cod neobișnuit de „sărire a unuia”: ARN-ul ghid citește două litere de ADN, sare una, apoi citește următoarele două. Acest lucru este neobișnuit, deoarece în sistemele CRISPR ARN-ul ghid se potrivește cu ținta sa într-un singur segment continuu. ARN-urile ghid din VIPR conțin unități repetate cu segmente conservate pe care proteina le ține pe loc și segmente variabile care determină ținta ADN.
Teste și aplicații potențiale
Cercetătorii au testat dacă VIPR poate lega ADN, poate reduce silențios un gen reporter fluorescent și poate bloca infecția fagilor în E. coli. În experimente, VIPR a putut fi reprogramat pentru a reduce silențios gene selectate și pentru a proteja bacteria de un fag invadator. Imaginile structurale au arătat că VIPR înfășoară ARN-ul și ambele catene de ADN într-o formă neobișnuită cu trei catene, ajutându-l să desfacă ADN-ul.
Autorii studiului explică: „În ciuda paralelismelor arhitecturale cu CRISPR-Cas, sistemele VIPR desfac ADN-ul printr-un mecanism distinct față de sistemele cunoscute ghidate de ARN, care se bazează pe formarea buclei R condusă de împerecherea bazelor. În loc să invadeze duplexul prin schimb de catene de ARN, sistemele VIPR folosesc formarea triplexului condusă de proteină pentru a desface ADN-ul și a permite împerecherea ARN-ADN.”
Cercetătorii afirmă că proprietățile sistemelor VIPR le fac cele mai minimale și potențial versatile platforme pentru recunoașterea ADN-ului ghidată de ARN descoperite până acum. Fuziunile VIPR sintetice ar putea fi folosite pentru editarea genomului, imagistica locurilor ADN și modificarea epigenetică. Rămâne însă mult de lucru pentru a înțelege mai bine VIPR și legătura sa evolutivă cu CRISPR. Logica neobișnuită de țintire a VIPR ar putea inspira noi tipuri de instrumente genetice programabile.
