Erhvervet immunitet i bakterier kan associeres med mekanismerne af RNA-interferens • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Mikrobiologi, Molekylærbiologi

Erhvervet immunitet i bakterier kan være forbundet med mekanismerne for RNA-interferens

Enheden af ​​bakteriofager er forholdsvis ensartet – forholdet mellem fager og bakterier er meget mere forskelligartede. De repræsenterer et helt spektrum: fra kommensalisme til dødelig parasitisme. Og hver type forhold er lavet af specielle biokemiske midler. Billede fra mansfield.osu.edu

Europæiske forskere har dechifret et af stadierne i arbejdet i CRISPR immunsystemet i bakterier. Selv om dette system er udbredt blandt bakterier og arkæa, viste dets komponenter i mange tilfælde sig at være meget specifikke. Desuden var enzymerne involveret i udformningen af ​​immunresponset på ingen måde forbundet med andre steder af bakteriel metabolisme. Nu har forskere vist, at bakterier ved et af de nødvendige trin i CRISPR-operationen for det første bruger det universelle enzym RNase og for det andet mekanismen til at forberede immunresponset, som er almindeligt i eukaryoter, svarende til RNA-interferens. Således blev det muligt at mere meningsfuldt fortolke oprindelsen og udviklingen af ​​immunitet i bakterier.

Forskere bliver mere og mere nedsænket i mikro- eller endda nanoteknologi og opdager alle de nye mekanismer til dets funktion.Hver gang, i betragtning af den diskuterede forskning, ophører du ikke med at blive overrasket over livets enhedens fuldstændighed, mangfoldighed og orden på det niveau, der er utilgængeligt for almindelig opfattelse. I mellemtiden er de opgaver, der står over for organismer af et hvilket som helst skala niveau, mere eller mindre almindelige – kun værktøjerne er forskellige.

Nogle gange, for at udføre en opgave, bruges et universelt sæt værktøjer, der ejes af en lang række celler eller som er egnede til mange opgaver. Men oftere brugt strengt specifikke sæt til en bestemt opgave. På niveau med cellulære opgaver anvendes forskellige metaboliske veje og tilhørende enzymer som værktøjer. At finde universelle cellulære værktøjer er altid en stor succes. Hvis der er sådan, kan man begrunde deres oprindelse og evolution, om vigtigheden af ​​de opgaver, der løstes med deres hjælp osv. Hvis instrumentet er specifikt og fokuserer på en bestemt funktion af en bestemt celle, er det svært at konkludere noget konkret om dets oprindelse.

Den nye undersøgelse, der præsenteres af europæiske biokemikere fra universiteterne i Umeå (Sverige), Wien (Østrig) og Würzburg (Tyskland), er forbundet med diskussionen om blot sådanne universelle celleværktøjer.Undersøgelsen er dedikeret til at dechiffrere arbejdet i CRISPR-systemet, som er designet til at beskytte mod infektion.

CRISPR (grupperet regelmæssigt indbyrdes afstand korte palindrome repeats) – er specifikke dele af genomer af bakterier og archaea engageret beskyttelse mod virusangreb og plasmid og generering af immunitet. "Elementerne" har allerede behandlet dette emne (se Bakterier arver erhvervet immunitet, 01.21.2010), derfor opsummerer vi kun kortfattet de grundlæggende bestemmelser. CRISPR-kassette er et genom region, hvor befinder sig, for det første kort palindromsekvens, og for det andet, bits af sekvensen af ​​det virale DNA / RNA, såkaldte afstandsstykker, og for det tredje – en række specifikke proteiner, nukleaser, benævnt "Cas-proteiner "(CRISPR associerede proteiner). Spacers og palindromer skifter strengt, og denne kæde hedder faktisk CRISPR.

Når en virus kommer ind i cellen, kopieres en del af dens DNA / RNA og indsættes i bakteriens genom. Indsætningen af ​​denne nye spacer forekommer med deltagelse af Cas-proteiner. Efterkommerne af en sådan celle vil bære den virale spacer i deres genom. Regionen af ​​genomet, der bærer det indsatte spacer, vil normalt blive aflæst og i sidste ende frembringe korte RNA'er, herunder palindrom og denne afstandsstykke.Hvis viruset kommer ind i cellen igen, vil der ved anvendelse af det opnåede korte RNA blive genkendt et fremmed komplementært DNA-fragment (eller RNA), og cellen vil ødelægge nukleotidkæden af ​​parasitten. CRISPR-sekvensen udføres hele tiden, da nye vira bliver inficerede, og afstandsstykkerne, som ikke har været anvendt i lang tid, muterer, går ud af brug og forsvinder fra kæden. Det er et slags dynamisk system af erhvervet immunitet, der stopper infektionen ved transskriptionsniveauet og dermed sikrer cellernes modstand mod virusinfektioner.

Problemet, som CRISPR-systemet løser, er universelt, og dets løsning er logisk klart. Derfor synes værktøjerne til implementeringen at være mere eller mindre ensartede blandt prokaryoter. Men i virkeligheden kan forskere endnu ikke prale af at dechifrere de grundlæggende principper i CRISPR. Således blev Irena Artamonovas foredrag om CRISPR titlen "Adaptiv immunitet af prokaryoter baseret på crispr-systemer: mange spørgsmål og få svar." Et af de vigtige spørgsmål er relateret til casogenes fylogeni. Det antages, at de tjener alle operationer og opkøb af nye afstandsstykker og deres succesfulde funktion.Antallet af Cas-proteiner i en kassette er meget forskelligt for forskellige bakterier og archaea. Den varierer fra 20 til 4. De kan være ens i sammensætningen til forskellige bakterier, og for andre bakterier varierer de selv inden for samme belastning. Dette antyder, at ingen af ​​Cas-proteinerne eller deres individuelle domæner kan hævde at være det universelle værktøj til CRISPR-immunitet. Måske er der ikke noget universalværktøj, og bakterier opdager hver gang noget, der passer til lejligheden. Men det er også muligt, at søgningen skal ske på en anden måde og på et andet sted.

Det europæiske team undersøgte CRISPR-systemet i bakterier Streptococcus pyogenes. Denne bakterie har to CRISPR kits, hvoraf den ene tilsyneladende er ubrugelig. Arbejderen, som dømmer efter sekvenserne af afstandsstykker, har til formål at beskytte mod lysogene (moderate) fager. I arbejdskassetten er der ud over palindromer og afstandsstykker 4 yderligere Cas-proteingener. Alle er kun involveret i CRISPR processen. Primær læsning fører til udseendet af RNA-kæder på 511 nukleotider. Dette er den såkaldte forgænger for crispr-RNA, som kaldes pre-crRNA. Derefter skæres dette lange RNA i de nødvendige fragmenter af "palindrom spaceren", det såkaldte crRNA, som i virkelighedenog er involveret i anerkendelsen af ​​fag-sekvenser. Med andre ord opstår modningsprocessen – transformationen af ​​det primære transkript til arbejdsfragmenter af crRNA.

Mekanismen for RNA-interferens: dobbeltstrenget RNA genkendes af endonuklease Diceren og skæres i korte 25-nukleotid siRNA-fragmenter. Antisense-kæden er bundet til RISC-komplekset, og sammen finder de komplementært mRNA. MRNA'et identificeret på denne måde skæres i stykker og nedbrydes. Ordning fra webstedet nobelprize.org

Som det viste sig, når der læses pre-crRNA fra en CRISPR-kassette, vises en anden kort RNA, en tidligere ukendt deltager i CRISPR-immunitet. Sekvensen er placeret på den modsatte DNA-streng lidt foran selve kassetten. Under modning skæres dette RNA også på en bestemt måde. Forskere har kaldt det bogstaveligt "anti-aktiveret crRNA" (transaktivering CRISPR RNA eller kort sagt tracrRNA). Hun blev hovedpersonen i deres videnskabelige historie.

Hovedtræk ved det detekterede tracrRNA er tilstedeværelsen af ​​en 25-nucleotid region, der er komplementær til alle CRISPR palindromiske gentagelser. Dette betyder, at tracrRNA'er er forbundet med gentagelser, og denne proces er af en eller anden grund nødvendig for dannelsen af ​​arbejds-crRNA'er. Det var muligt at bekræfte denne hypotese ved at skabe mutante bakterier i tracrRNA-regionen.CrRNA modning forekom ikke i sådanne bakterier. Hvis normalt tracrRNA tilsættes til sådanne skadelige bakterier, blev modningsprocessen genoptaget og producerer normalt crRNA. Det er klart, at tracrRNA, parring med palindromer danner dobbeltstrengede RNA-fragmenter, hvis ender på en eller anden måde bestemmer grænserne for fremtidige crRNA'er.

Og her er det naturligvis umuligt ikke at huske, hvordan processen med RNA-interferens i eukaryoter opstår. Dobbeltstrenget viralt RNA genkendes af enzymet Dicer, skåret i fragmenter med 25 nukleotider, fragmentets dobbeltstreng er unraveled til enkeltstrenget RNA. Så er en af ​​strengene – antisense siRNA (siRNA) – knyttet til RISC-komplekset. Dette design finder fremmed messenger RNA med en region komplementær til den førende siRNA. Parringen af ​​to tråde aktiverer enzymet og skærer det udenlandske messenger-RNA i stykker. Dicer-enzymet genkender kun dobbeltstrenget RNA, og selvom RNA af vira også kan bestå af en enkelt kæde, er der stadig en dobbeltstrenget fase i deres livscyklus.

I vores CRISPR-system er dobbeltstrenget RNA på 24 nukleotider også organiseret, men på grund af superpositionen af ​​tracrRNA Streptococcus pyogenes. Dette dobbeltstrengede kit skal derefter identificeres af endonukleasen. Bakterier har ingen enzym Dicer – hvad er dens bakterieanaloge? Det viste sig, at bakteriel RNase III udfører sin rolle. Et af Cas-proteinerne, Csn1 protein, hjælper hende. Det forankrer tracrRNA på et langt pre-crRNA, hvilket gør det muligt for endonukleasen at blive involveret. RNase III er meget konservativ, har ingen specifik forbindelse med CRISPR-systemet og deltager i mange processer, især sikrer modning af ribosomalt RNA. Her er dette enzym involveret i forsvarsaktiviteter mod fag. Så må funktionerne i et universelt værktøj måske ikke søges blandt Cas-proteiner, men ved at analysere de fælles træk ved RNA-interferens og CRISPR-beskyttelse, såvel som blandt andre værktøjer til at arbejde med RNA.

Ordningen med deltagelse af de nødvendige komponenter i CRISPR's arbejde. Først læses pre-crRNA forgængeren (øverste linje: sort – gentagelser grøn – afstandsstykker) med det læses fra den modsatte tråd tracrRNA. RNase III og Csn1 trækkes til scenen. Csn1 letter tracrRNA-parringen med CRISPR-gentagelser, så genkender RNase III korte dobbeltstrengede fragmenter og skærer det dobbeltstrengede kompleks til repetitive spacer-repeat-fragmenter på et bestemt sted.Ved anden fase af modning skabes arbejdsfragmenter af crRNA fra 39-42 nucleotider; mekanismen i dette andet trin er endnu ikke kendt, derfor er der spørgsmål på diagrammet. Ordning af artiklen under drøftelse inatur

Således er tracrRNA, RNase III og Csn1 nødvendige for vellykket fremstilling af immunforsvarsbakterierne. To af dem – tracrRNA og Csn1 – tilhører CRISPR-systemet, og et er et ikke-specifikt enzym til at arbejde med RNA. tracrRNA sammen med Csn1 blev fundet i fem andre typer bakterier, men hidtil på grund af manglende data er det svært at bestemme deres reelle forekomst blandt bakterier.

Kilde: Elitza Deltcheva, Krzysztof Chylinski, Cynthia M. Sharma, Karine Gonzales, Yanjie Chao, Zaid A. Pirzada, Maria R. Eckert, Jörg Vogel, Emmanuelle Charpentier. CRISPR RNA modning af trans-kodet lille RNA og værtsfaktor RNase III // natur. 2011. V. 471, s. 602-607.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: