Estudio CRISPR revela otro mecanismo antiviral

En la naturaleza, el sistema CRISPR más conocido, CRISPR-Cas9, escinde cualquier ARN o ADN que reconoce como extraño y, por tanto, protege a las bacterias de los ataques virales. Otro sistema CRISPR, relativamente desconocido, protege a las bacterias de una manera completamente diferente. Mientras que CRISPR-Cas9 actúa como unas tijeras moleculares, este sistema CRISPR alternativo, CRISPR-Cas10, actúa como un fumigador molecular.

Cuando CRISPR-Cas10 se activa en una bacteria infectada, induce una serie de eventos moleculares que culminan en una nube tóxica de trifosfato de inosina (PTI). La ITP, que se produce mediante la desaminación del trifosfato de adenosina (ATP), inhibe el crecimiento bacteriano y evita que el fago se propague a las bacterias asociadas. Básicamente, las bacterias se sacrifican, pero se conserva la población bacteriana.

Los investigadores dirigidos por Dinshaw Patel, PhD, y Luciano Marrafini, PhD, descubrieron los detalles del mecanismo de fumigación. Patel es la cátedra Abby Rockefeller Mauz de Terapéutica Experimental en el Memorial Sloan Kettering Cancer Center, y Marraffini es jefa del Laboratorio de Bacteriología de la Universidad Rockefeller.

Patel, Marrafini y sus colegas presentan sus hallazgos en la revista habitaciónEn un artículo titulado "La adenosina desaminasa Cad1 asociada a CRISPR convierte ATP en ITP para conferir inmunidad antiviral".

“Cas10 (desencadena) dos actividades: degradación del ADN monocatenario y síntesis de segundos mensajeros conocidos como oligoadenilatos cíclicos (CoA). La primera actividad está catalizada por el dominio HD de Cas10 y es suficiente para conferir inmunidad antifagos cuando el transcrito viral objetivo se expresa temprano, pero no tarde, en el ciclo lítico”, escribieron los autores del artículo. "Por el contrario, la CoA es producida por el dominio Palm de Cas10 utilizando ATP como sustrato para formar moléculas de CoA 3′-5′ (CA4 y CA6 son las especies más abundantes), y es esencial para la defensa cuando el siRNA es complementario al tardío. ARN de fago expresado.

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En el presente estudio, los investigadores se centraron en la segunda actividad, es decir, la síntesis de CoA. Algunos aspectos de esta actividad ya se entendían bastante bien. Por ejemplo, se sabe que Cas10 funciona de manera similar a las vías inmunes innatas de los mamíferos que producen nucleótidos cíclicos para activar la respuesta del huésped. Pero parte de la vía Cas10 implica una proteína CRISPR recientemente identificada, la adenosina desaminasa 1 (Cad1) asociada a CRISPR. ¿Cómo, exactamente, participó Cad1 en la supresión de la actividad de una bacteria? Parte de la respuesta, determinaron los investigadores, es que la inmunidad está mediada por el segundo mensajero CoA mediante la activación de los efectores del pliegue de Rossmann (CARF) asociados a CRISPR.

"(Hemos) caracterizado la función y estructura de un efector que contiene un dominio CARF fusionado a (Cad1)", informaron los autores del artículo. “Demostramos que tras la unión de (CoA) Ca₄ o C.A.₆ En su dominio CARF, Cad1 convierte ATP en ITP tanto in vivo como in vitro. Los estudios estructurales de microscopía crioelectrónica en Cad1 de longitud completa revelan un ensamblaje hexámero compuesto por un trímero de dímeros, con ATP unido a los sitios entre dominios necesarios para la actividad y ATP/ITP dentro de los sitios activos de la desaminasa. Sobre la síntesis de Ca_norte Durante la infección por fagos, la activación de Cad1 provoca la detención del crecimiento del huésped, lo que previene la propagación viral.

El coprimer autor y miembro del laboratorio Marrafini, Christian F. Según Baca, el momento de la reacción de dos partes se puede describir de la siguiente manera: "Cas10 por sí solo puede eliminar un fago o un plásmido de una célula siempre que se reconozca el transcrito objetivo inicialmente, pero si se forma el fragmento problemático". se produce sólo en una etapa posterior de la infección, estas moléculas de CoA son necesarias para el rescate.

"La célula infectada se destruye una vez que el virus se ha instalado dentro de ella, pero la población bacteriana más grande permanece segura", dijo el coautor principal Pooja Majumdar, miembro del laboratorio Patel. No está claro por qué la PTI es tan tóxica para las bacterias. Una teoría es que el exceso de ITP compite por los sitios de unión normalmente ocupados por ATP o GTP en proteínas que son importantes para la función celular normal; La segunda es que los niveles elevados de PTI interfieren con la replicación del ADN del fago. "Pero todavía no sabemos realmente por qué es así", admitió Majumdar.

Una posible aplicación que encontraron los científicos es como herramienta de diagnóstico de infecciones. "La presencia de PTI indicará que una transcripción del patógeno está presente en una muestra", dijo Baca. En cualquier caso, el trabajo de los científicos indica que el sistema CRISPR-Cas emplea una amplia gama de mecanismos moleculares más allá de la degradación del ácido nucleico para conferir inmunidad adaptativa en procariotas.