Учёные обнаружили новый защитный механизм в системе CRISPR

Бактерии, как и все живые организмы, защищаются от угроз, включая вирусы (фаги). Помимо известной системы CRISPR-Cas9, используемой для генного редактирования, существуют и другие защитные стратегии.

Исследователи из лабораторий Лючано Марраффини (Rockefeller) и Диншоу Пателя (MSKCC) изучают компоненты иммунитета CRISPR, называемые CARF-эффекторами. Эти белки останавливают клеточную активность при вирусной инфекции, предотвращая распространение фага в бактериальной популяции.

В новой работе, опубликованной в Science, учёные описали новый CARF-эффектор — Cat1. Этот белок обладает сложной структурой и, активируясь при инфекции, расщепляет ключевой метаболит клетки — NAD+.

Как работает Cat1

  • Вирусная инфекция приводит к образованию сигнальных молекул циклического тетра-аденилата (cA4).
  • cA4 связывается с Cat1, запуская сборку длинных белковых филаментов.
  • Эти филаменты захватывают молекулы NAD+ в специальные "карманы" и расщепляют их.
  • Критическое снижение уровня NAD+ переводит клетку в состояние остановки роста.
  • Приостановка клеточных функций блокирует размножение вируса и его распространение на другие бактерии.

Уникальные особенности Cat1

  1. Сложная структура: Анализ с помощью крио-ЭМ показал, что филаменты Cat1 взаимодействуют, образуя спиральные пучки треугольной, а затем и пятиугольной формы.
  2. Работа в одиночку: В отличие от других систем CRISPR типа III, для иммунного эффекта бактериям, кодирующим Cat1, обычно не требуются дополнительные ферментативные активности.
  3. Стратегия "метаболического голодания": Cat1 лишает клетку топлива (NAD+), что отличает его от других CARF-эффекторов, которые, например, вызывают деполяризацию мембраны (Cam1) или наводнение клетки токсинами (Cad1).

Исследователи отмечают, что разнообразие молекулярных стратегий CARF-эффекторов поразительно. Хотя общий принцип их работы — создание неблагоприятных условий для репликации фага — ясен, детали механизмов, включая роль сложных спиральных структур Cat1, ещё предстоит изучить.