Система CRISPR-Cas у бактерий и архей может быть эгоистичным генетическим элементом

Китайские ученые совместно с коллегами из группы Евгения Кунина описали систему CRISPR-Cas, которая представляет собой эгоистичный генетический элемент. Клетка не может утратить отдельные гены cas, входящие в эту систему, благодаря ранее не аннотированной паре РНК, одна из которых действует как токсин, а другая — как антитоксин.

Credit:

mackoflower | 123rf.com

Системы CRISPR-Cas, хотя и обеспечивают клетки бактерий и архей противовирусной защитой, весьма затратны с точки зрения энергии и, как и все защитные системы, могут стать причиной аутоиммунных процессов или помешать хозяину приобретать полезные гены извне. По этой причине лишь 40% бактерий и 90% архей имеют функциональные системы CRISPR-Cas. Однако в недавнем исследовании, опубликованном в Science, ученые описали систему CRISPR-Cas, которая превратилась в настоящий эгоистический генетический элемент благодаря «вложенной» системе «токсин-антитоксин».

Авторы исследования искали системы CRISPR-Cas типа I-B архей, в которых делеция хотя бы одного гена cas, кодирующего компоненты эффекторного комплекса Cascade, приводит к гибели клетки. Им удалось найти такую систему, в которой клетка может утратить генетическую кассету, кодирующую компоненты Cascade — cas6-cas8-cas7-cas5 —только целиком. Исследователи предположили, что в этой кассете закодирован некий токсин, который становится опасен для клетки только при утрате одного или нескольких, но не всех компонентов кассеты, кодирующей Cascade. Детальный анализ кассеты показал, что в межгенном участке между cas6 и cas8 располагается ген CreT, с которого считывается РНК, обладающая свойствами токсина. Как оказалось, токсические свойства этой РНК обусловлены ее способностью связывать редкую аргининовую тРНКUCU и тем самым делать ее недоступной для клетки (см. рисунок в статье).

Мутационный анализ creT и соседних последовательностей выявил особую последовательность, похожую на CRISPR-повтор, которая необходима для нейтрализации токсичных свойств CreT-РНК. С нее считывается РНК CreA — по сути, CRIPSR-РНК с видоизмененным 3’-концом. Она частично комплементарна промотору creT и, как продемонстрировали авторы работы, вместе с комплексом Cascade подавляет этот промотор. Как в случае настоящей CRISPR-интерференции, для работы CreA необходим мотив, соседний с протоспейсером (protospacer adjacent motif, PAM). В клетках, лишенных системы «токсин-антитоксин» CreTA, кассета cascade может быстро разрушаться из-за вставки мобильных элементов.

Биоинформатический анализ показал, что подобные системы «токсин-антитоксин», «вложенные» в системы CRISPR-Cas и придающие им свойства эгоистических элементов, есть во многих системах CRISPR-Cas у бактерий и архей. Авторы работы отмечают, что последовательности пар РНК «токсин-антитоксин» в разных системах существенно различаются, поэтому, вероятно, они имеют разные механизмы действия.

Источник

Ming Li et al. // Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems // Science, 2021, Vol. 372, Issue 6541, eabe5601, DOI: 10.1126/science.abe5601

Добавить в избранное

Вам будет интересно