Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

CRISPR İçin Moleküler Açma / Kapama Anahtarı

---

Bu resim, CRISPR gözetim kompleksinin iki kopya anti-CRISPR protein AcrF1 (kırmızı) ve bir AcrF2 (açık yeşil) tarafından nasıl devre dışı bırakıldığını göstermektedir.

Bu anti-CRISPR'ler CRISPR RNA'sına (yeşil boru) erişimini engeller; gözetim kompleksinin istila amaçlı viral DNA'nın taranmasını ve hedeflenmesini engeller (Resim Lander Lab'dan). Credit: The Scripps Research

Resim, bakteri ve virüsleri bir silah yarışında görüntüledi. Pek çok bakteri için, viral enfeksiyona karşı bir savunma hattı, CRISPR-Cas olarak adlandırılan gelişmiş bir RNA yönlendirmeli "bağışıklık sistemi" dir. Bu sistemin merkezinde viral DNA'yı tanıyan ve yıkımını tetikleyen bir gözlem kompleksi vardır. Ancak virüsler "anti-CRISPR" proteinleri kullanarak bu gözetim kompleksine karşılık verebilir ve devre dışı bırakabilir, şimdiye kadar kimse bu anti-CRISPR'lerin tam olarak nasıl çalıştığını anlamamıştır.

Araştırmacılar ilk kez, bakteriyel bir CRISPR gözlem kompleksine bağlı viral anti-CRISPR proteinlerinin yapısını çözmüşler ve virüslerin bakteriyel savunma sistemini nasıl etkisiz hale getirdiğini açıkça ortaya koymuşlardır. The Scripps Research Institute (TSRI) biyolog Gabriel C. Lander'in eşgüdümlü araştırma ekibi, anti-CRISPR proteinlerinin CRISPR'nin viral genomu belirleme ve saldırma yeteneğini kilitleyerek çalıştıklarını keşfetti. Bir anti-CRISPR proteini, CRISPR destekli algılama mekanizmasından izini gizleyerek hatta DNA'yı "taklit ederek" kurtulur.

Lander: "Bu sistemleri birbiri ardına yapmaları ne muhteşem! Hepsi bu evrimsel silahlanma yarışına geri döndü." diyor.

Montana Eyalet Üniversitesi'nden Blake Wiedenheft'in eşgüdümde yeni araştırma, kısa süre önce Cell dergisinde yayınlandı. CRISPR komplekslerinin tanıdık gelmesi yüzünden, yeni genetik düzenleme teknolojileri dalgasında ön plandadır. CRISPR (telafuz edilen"crisper") "düzenli olarak aralıklı kısa palindromik tekrarlar" ı temsil eder. Bilim insanları, CRISPR'in viral RNA bölümlerini bozma ve CRISPR sistemlerini kullanarak neredeyse herhangi bir organizmadan istenmeyen genleri ortadan kaldırma yeteneklerinden faydalanabileceklerini keşfettiler.

Lander : “CRISPR-Cas9 "ünlü" CRISPR sistemi olmakla birlikte, her biri genetik mühendisliği için benzersiz avantajlara sahip olabilen 19 farklı CRISPR sistemi türü vardır. Bunlar büyük, kullanılmayan bir kaynaktır. Bu sistemlerin yapıları hakkında ne kadar çok şey öğrenebilirsek, onlardan da genom düzenleme araçları olarak o kadar çok yararlanabiliyoruz.” diyor.

Araştırmacılar, kriyo elektron mikroskopisi adlı yüksek çözünürlüklü bir görüntüleme tekniği kullanarak CRISPR ve anti-CRISPR sistemlerinin üç önemli yönünü keşfetti.

Birincisi, araştırmacılar, CRISPR gözetim kompleksinin virüsün genetik materyalini nereye saldırması gerektiğini analiz edip etmediklerini tam olarak gördü. Kompleks içerisindeki proteinler CRISPR RNA'sını kavrayan bir el gibi sarar ve bakteriyel RNA'nın spesifik bölümlerini ortaya çıkarır. RNA'nın bu bölümleri viral DNA'yı tarar, tanıdığı genetik dizileri arar.

Lander: “Bu sistem, muazzam DNA uzunluklarını hızla okuyabilir ve hedefini doğru bir şekilde gerçekleştirebilir.” diyor. CRISPR kompleksi viral bir DNA hedefini tanımlarsa, gözetim mekanizması virüsün genomunu yok etmek için diğer molekülleri alır.

Ardından, araştırmacılar, viral anti-CRISPR proteinlerinin gözetim kompleksini nasıl durdurduğunu analiz etti. Araştırmacılar; bir anti-CRISPR proteini türünün, CRISPR RNA'nın ortaya çıkan bölümünü örttüğünü ve CRISPR sisteminin viral DNA’yı taramasını önlediğini buldu.

Lander: “Bu anti-CRISPR proteinleri, bakterilerin viral DNA'yı tanımasını engeller.” Ayrıca Lander; bu anti-CRISPR proteinlerini "son derece akıllı" olarak nitelendirdi. Çünkü anti-CRISPR’lerin, CRISPR mekanizmalarının önemli bir parçasını hedef almaya evrimleşmiş gibi gözüktüklerini belirtiyor. Bakteriler, viral saldırıları önlemek için bu mekanizmayı değiştirecek olsaydı, CRISPR sistemi çalışmazdı. Lander: “CRISPR sistemleri, DNA'yı tanımak için kullandıkları mekanizmayı tamamen değiştirmeden bu anti-CRISPR proteinlerinden kurtulamazlar.” diyor.

Bir başka anti-CRISPR proteini farklı bir numara kullanır. Araştırmacılar, bu anti-CRISPR proteinin; yerine ve negatif yüküne dayanarak, istilacı bir viral DNA yerine, CRISPR'yi bu hareketsiz proteine bağlayarak kandıran bir DNA taklidi yaptığına inanıyorlar. Lander: “Bu bulgular önemlidir, çünkü anti-CRISPR proteinlerinin bakteri savunmalarını engellediğini biliyorduk fakat nasıl olacağına dair hiçbir fikrimiz yoktu.” diyor. Araştırmacılar, bu yeni anti-CRISPR protein anlayışının sonunda gen düzenleme için daha gelişmiş ve etkili araçlara yol açabileceğine inanıyorlar. Belki anti-CRISPR proteinleri, CRISPR sistemlerinde gen düzenlemeyi engellemek için kullanılabilir veya araştırmacılar anti-CRISPR proteinlerini gen düzenlemeyi başlatmak için bozabilir. Lander: “Bu, CRISPR için bir açma-kapama anahtarı olarak işe yarayabilir.” diyor. 

Çeviren: Barış UÇAR

Bilime Yön Veren Cevaplar 

Kaynaklar:

https://m.phys.org/news/2017-03-molecular-onoff-crispr.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-nwletter 13.04.20174

Provided by: The Scripps Research Institute

---