Įgytas imunitetas bakterijose gali būti susijęs su RNR trukdžių mechanizmais. • Elena Naimarkas • Mokslo naujienos "Elementai" • Genetika, mikrobiologija, molekulinė biologija

Įgytas imunitetas bakterijose gali būti susijęs su RNR trukdžių mechanizmais

Bakteriofagų įtaisas yra gana vienodas – fagų ir bakterijų santykiai yra daug skirtingesni. Jie atstovauja visam spektrui: nuo kommensalizmo iki mirtino parazizmo. Kiekvienas santykių tipas yra pagamintas specialiomis biocheminėmis priemonėmis. Nuotrauka iš mansfield.osu.edu

Europos mokslininkai iššifravo vieną iš bakterijų CRISPR imuninės sistemos darbo etapų. Nors ši sistema yra plačiai paplitusi tarp bakterijų ir archeų, jos komponentai daugeliu atveju pasirodė esąs labai specifiniai. Be to, fermentai, dalyvaujantys imuninio atsako projektuose, jokiu būdu nesusiję su kitomis bakterijų metabolizmo vietomis. Dabar mokslininkai parodė, kad viename iš būtinų CRISPR operacijos etapų bakterijos naudoja, viena vertus, universalų fermento RNazę, ir, antra, eukariotams būdingą imuninio atsako ruošimo mechanizmą, panašų į RNR trukdžius. Taigi tapo įmanoma geriau interpretuoti bakterijų imuniteto kilmę ir evoliuciją.

Mokslininkai vis labiau patenka į mikro- ar net nanotechnologijas, atranda visus naujus jos veikimo mechanizmus.Kiekvieną kartą, svarstydamas aptariamą tyrimą, jūs nenuostabu, kad tokio lygio gyvenimo būdo, kuris neįprastas paprastam suvokimui, yra išsamus, įvairovė ir tvarkingumas. Tuo tarpu uždaviniai, su kuriais susiduria bet kokio masto lygio organizmai, yra daugiau ar mažiau įprasti – tik įrankiai skiriasi.

Kartais, norint atlikti užduotį, naudojamas visuotinis įrankių rinkinys, kuris priklauso daugybei ląstelių arba tinka daugeliui užduočių. Bet dažniau naudojamas griežtai konkretus konkrečios užduoties rinkinys. Ląstelių užduočių lygiu kaip įrankiai naudojami įvairūs metabolizmo būdai ir susiję fermentai. Visuotinių mobiliųjų prietaisų paieška visada yra puikus laimėjimas. Jei taip yra, tai gali būti priežastis dėl jų kilm ÷ s ir evoliucijos, apie su jų pagalba susijusių užduočių svarbą ir kt. Jei priemon ÷ yra specifin ÷ ir susitelkia ties konkrečios tam tikros ląstel ÷ s funkcijomis, sunku sudaryti kažką aiškios apie jo kilmę.

Naujasis tyrimas, kurį pristatė Umeo (Švedija), Vienos (Austrija) ir Würzburge (Vokietija) universitetai Europos biochemistai, yra susijęs su tokių universalių ląstelių įrankių aptarimu.Tyrimas skirtas iššifruoti CRISPR sistemos darbą, kuris yra skirtas apsaugoti nuo infekcijos.

CRISPR (reguliariai suskirstyti į tarpinius trumpus palindrominius pakartojimus) yra specialios bakterijų ir archeų genomų dalys, kuriose užkirstas kelias apsaugai nuo virusinių ir plazmidinių išpuolių ir imuniteto vystymosi. "Elementai" jau aptarė šią temą (žr. Bakterijos paveldima įgytą imunitetą, 2010 01 01), todėl trumpai apibendriname pagrindines nuostatas. CRISPR kasetė yra genomo regionas, kuriame, pirma, yra pateiktos trumpos palindrominės sekos, antra, viruso DNR / RNR seka, vadinamieji tarpikliai, ir, trečia, specifinių baltymų-nukleazių serija, vadinama "Cas-baltymų "(Su CRISPR susiję baltymai). Tarpai ir palindromai griežtai pakaitomis, ir ši grandis iš tikrųjų vadinama CRISPR.

Kai virusas patenka į ląstelę, dalis jo DNR / RNR nukopijuojama ir įterpiama į bakterijos genomą. Šio naujo spacerio įterpimas vyksta dalyvaujant Cas-baltymams. Tokios ląstelės palikuonys savo genomoje bus viruso spintelės. Genomo regionas, kuriame įdedamas tarpiklis, paprastai bus skaitomas ir galiausiai pagamins trumpus RNR, įskaitant palindromą ir šį tarpiklį.Jei virusas vėl patenka į ląstelę, tada naudojant gautą trumpą RNR bus atpažįstamas svetimos komplementarios DNR fragmentas (arba RNR), o ląstelė sunaikins parazito nukleotidų grandinę. CRISPR seka yra nuolat užbaigiama, nes nauji virusai užsikrečia, o tarpinės, kurios ilgą laiką nebuvo naudojamos, mutavo, išnaudojamos ir išnyksta iš grandinės. Tai savotiška dinaminė įgyto imuniteto sistema, sustabdžius infekciją transkripcijos lygmeniu ir taip užtikrinant ląstelių atsparumą virusinėms infekcijoms.

Problema, kurią išsprendžia CRISPR sistema, yra universali, o jos sprendimas yra logiškai aiškus, todėl, atrodytų, priemonės jos įgyvendinimui turėtų būti daugiau ar mažiau vienodos tarp prokaritų. Tačiau iš tikrųjų mokslininkai dar negali pasigirti pagrindinių CRISPR principų. Taigi, Irenos Artamonovos paskaita apie CRISPR pavadinta "Adaptyvus prokariotinių imunitetas, pagrįstas crispr-sistemomis: daug klausimų ir nedaug atsakymų". Vienas iš svarbių klausimų yra susijęs su Cas-baltymų filogenija. Manoma, kad jie tarnauja visoms operacijoms ir įsigijimui naujų tarpinių ir jų sėkmingo veikimo.Kasetinės baltymų kiekis kasetėje yra labai skirtingas skirtingoms bakterijoms ir archeliams: jis svyruoja nuo 20 iki 4. Jie gali būti panašūs į sudėtis į skirtingas bakterijų grupes, o kitų bakterijų atveju jie skiriasi netgi toje pačioje kamienoje. Tai rodo, kad nė vienas iš Cas baltymų ar jų atskirų sričių negali tvirtinti, kad yra universalus CRISPR imuniteto įrankis. Galbūt nėra universalaus įrankio, o bakterijos kiekvieną kartą sugalvina kažką tinkamo proga. Tačiau taip pat galima, kad paieška būtų atliekama kitaip ir kitoje vietoje.

Europos komanda ištyrė CRISPR sistemą bakterijose Streptococcus pyogenes. Šioms bakterijoms yra du CRISPR rinkiniai, iš kurių vienas yra akivaizdžiai neveikiantis. Darbuotojas, spręsdamas pagal tarpiklių seką, siekia apsaugoti nuo lizogeninių (vidutinio sunkumo) fagų. Darbinėje kasetėje, be palindromų ir tarpiklių, yra dar 4 kaulų baltymo genų. Visi jie dalyvauja tik CRISPR procese. Pirminis skaitymas sukelia 511 nukleotidų RNR grandinių atsiradimą. Tai yra vadinamasis Crispr-RNN pirmtakas, kuris vadinamas iki-crRNA. Tada ši ilga RNR yra supjaustoma į būtinas "palindromo tarpiklio" frazes, vadinamasis crRNA, kuris iš tikrųjųir užsiima fagų sekų pripažinimu. Kitaip tariant, vyksta brendimo procesas – pirminio stenograma paverčiama į kryžminio radijo spektro darbo fragmentus.

RNR trukdžių mechanizmas: dvigubos grandinės RNR yra pripažinta endonukleazės Dicer ir supjaustoma į trumpus 25-nukleotido siRNR fragmentus. Antisenso grandinė yra pritvirtinta prie RISC komplekso, kartu jie randa papildomą mRNR. Tokiu būdu identifikuotą mRNR supjaustoma gabalais ir suskaidoma. Schema iš svetainės nobelprize.org

Tačiau, kaip paaiškėjo, skaitydamas prieš CRRNR iš CRISPR kasetės, atsiranda dar viena trumpoji RNR, anksčiau nežinanti CRISPR imuniteto dalyvė. Jo seka yra priešinga DNR grandine, šiek tiek priešais kasetę. Brandinant, ši RNR taip pat yra supjaustyta tam tikru būdu. Mokslininkai tai vadina "anti-activated crRNA" (transaktyvuojanti CRISPR RNR arba, trumpai, tracrRNA). Ji tapo pagrindine savo mokslinės istorijos personaliumi.

Pagrindinis nustatytas tracrRNA bruožas yra 25-nukleotidų srities, papildančios visus palindrominius CRISPR pakartojimus, buvimas. Tai reiškia, kad tracrRNAs yra siejamos su pasikartojimais, ir šis procesas dėl tam tikrų priežasčių yra būtinas darbo kRRN formavimui. Galėjo patvirtinti šią hipotezę, sukurdama mutcinės bakterijos tracrRNA srityje.Tokiose bakterijose kristalų brandinimas nepasikartojo. Jei į tokias kenksmingas bakterijas įtrauks įprastą tracrRNA, tada subrendimo procesas buvo atnaujintas, generuojant įprastą kRNR. Akivaizdu, kad tracrRNA, poravimosi su palindromais, formuoja dvikryptę RNR fragmentus, kurių galai kažkaip apibrėžia būsimų CRRN ribas.

Ir čia, žinoma, neįmanoma nepamiršti, kaip įvyksta RNR trikdžių eukariotų procesas. Dvipusioji virusinė RNR yra pripažinta fermento "Dicer", supjaustyta į 25 nukleotidų fragmentus, dvigubos fragmento fragmentas išsiskleidžiamas į vieno grandinės RNR. Tada viena iš krypčių – antisensinė siRNR (siRNA) – yra pritvirtinta prie RISC komplekso. Šioje konstrukcijoje randama užsienio žinučių RNR su regionu, papildančiu pirmaujančią siRNR. Dviejų srovių susiejimas suaktyvina fermentą, pjauna užsienio žinutinės RNR į gabalus. "Dicer" fermentas atpažįsta tik dvikryptę RNR, ir nors virusų RNR taip pat gali sudaryti vieną grandinę, jų gyvavimo ciklas vis dar yra dvigubos fazės.

Mūsų CRISPR sistemoje taip pat organizuojama dvigubos jungties 24 nukleotidų RNR, tačiau dėl tracrRNA superpozicijos Streptococcus pyogenes. Tada šis dvigubas rinkinys turi būti identifikuotas endonukleazės būdu. Bakterijos neturi fermento Dicer – koks jo bakterinis analogas? Paaiškėjo, kad bakterinė RNazė III atlieka savo vaidmenį. Vienas iš Cas-baltymų, Csn1 baltymo, padeda jai. Tai pritvirtina tracrRNA ilgą išankstinį kRRN, leidžiantį endonukleazę įsitraukti. RNase III yra labai konservatyvus, neturi specifinio ryšio su CRISPR sistema ir dalyvauja daugelyje procesų, ypač užtikrina ribosominės RNR subrendimą. Čia šis fermentas dalyvauja gynybos veikloje prieš fagus. Galbūt universalaus instrumento ypatybes reikėtų ieškoti ne tik iš Cas baltymų, bet ir analizuojant RNR trikdžių ir apsaugos CRISPR bendrų savybių bei kitų priemonių, taikomų dirbant su RNR.

Reikalingų komponentų dalyvavimo CRISPR veikloje schema. Pirma, pre-crRNA pirmtakė yra skaitoma (viršutinė eilutė: juoda – pasikartojimai žalia – tarpikliai); su juo skaitoma iš priešingos temos tracrRNA. RNase III ir Csn1 yra traukiama į sceną. Csn1 palengvina tracrRNA sujungimą su CRISPR pakartojimais, tada RNase III atpažįsta trumpus dvikobelius fragmentus ir supjausto dvigubą kompleksą į pasikartojančias spinduliuotės kartojimo fragmentus konkrečioje vietoje.Antrame subrendimo etape sukuria 39-42 nukleotidų kryžminės ragenos darbo fragmentus; šio antrojo žingsnio mechanizmas dar nėra žinomas, todėl diagramoje yra klausimų. Aptariamo straipsnio schemaGamta

Taigi, tracrRNA, RNase III ir Csn1 yra būtini sėkmingam imuninės gynybos bakterijų paruošimui. Du iš jų – tracrRNA ir Csn1 – priklauso CRISPR sistemai, o vienas yra nespecifinis fermentas, skirtas dirbti su RNR. TracrRNA kartu su Csn1 buvo rasta ir penkiuose bakterijų tipuose, tačiau iki šiol dėl trūkstamų duomenų sunku nustatyti jų tikrąją paplitimą tarp bakterijų.

Šaltinis: Elitza Deltcheva Krzysztof Chyliński, Cynthia M. Sharma Karine Gonzales, Yanjie Chao Zaid A. Pirzada, Marija R. Eckert Jörg Vogel Emmanuelle Charpentier. CRISPR RNR subrendimas trans-koduota maža RNR ir šeimininko faktorius RNase III Gamta. 2011. V. 471, p. 602-607.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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