Estudo mostra como uma proteína Cas se associa a uma proteína de membrana única para interromper a infecção viral em bactérias – ScienceDaily

O CRISPR reivindicou fama científica por sua capacidade de editar genes com rapidez e precisão. Mas, no fundo, os sistemas CRISPR são sistemas imunológicos que ajudam as bactérias a se protegerem dos vírus, visando e destruindo o DNA e o RNA virais. Um novo estudo publicado na Ciência revela um jogador anteriormente não reconhecido em um desses sistemas – uma proteína de membrana que aumenta a defesa antiviral – ampliando simultaneamente nossa compreensão e levantando mais questões relacionadas às complexidades do CRISPR.

Descobrindo novas pistas sobre o CRISPR

Os sistemas CRISPR consistem em dois componentes principais – um RNA guia que tem como alvo uma sequência específica de DNA ou RNA viral e uma enzima Cas que corta o DNA ou RNA alvo, impedindo que um vírus se replique e se espalhe. Uma equipe do Centro de Biologia de RNA da Universidade de Rochester descobriu que uma proteína Cas específica (Cas13b) não apenas corta o RNA viral, mas se comunica com outra proteína (Csx28) para aumentar sua defesa antiviral.

Em parceria com cientistas da Cornell, a equipe descobriu que a proteína Csx28 forma uma estrutura semelhante a um poro (ou seja, tem um grande orifício). quando eles infectaram E. coli com um fago (vírus que ataca bactérias) e implantaram o sistema CRISPR-Cas13 para direcionar e interromper a infecção, eles descobriram que Cas13 sinaliza para Csx28 para afetar a permeabilidade da membrana. Quando isso acontece, o Csx28 causa estragos na célula infectada, descombinando o potencial de membrana, destruindo o metabolismo e impedindo a produção de energia. Um vírus não pode se replicar em circunstâncias tão hostis, levando a equipe à conclusão de que o Csx28 aumenta a defesa do fago do CRISPR-Cas13b.

“Essa descoberta derruba a ideia de que os sistemas CRISPR montam sua defesa apenas degradando o RNA e o DNA nas células e realmente amplia nossa visão de como os sistemas CRISPR podem estar funcionando”, disse o autor correspondente Mitchell O’Connell, PhD, professor assistente de Bioquímica e Biofísica. no University of Rochester Medical Center (URMC) e membro do UR Center for RNA Biology. “Quando pensamos em CRISPR, vemos proteínas Cas como Cas9 ou Cas13 como o grande martelo causando todo o dano, mas pode não ser o caso; descobrimos que Cas13 e Csx28 estão trabalhando juntos para extinguir efetivamente um vírus”.

“Quando você lê este artigo, você pensa consigo mesmo… ‘o quê?’ Este é um mecanismo tão estranho e não da maneira que eu teria previsto que as bactérias funcionariam”, acrescentou John Lueck, PhD, professor assistente de Farmacologia e Fisiologia na URMC. “É realmente impressionante que a equipe tenha identificado essa proteína semelhante a um poro que não se parece com nada que vimos antes, e agora que sabemos que esse mecanismo existe, as pessoas começarão a procurá-la em outros sistemas. Isso é empolgante porque na ciência, quando você arranha a superfície, muitas vezes descobre que existe um mundo inteiramente novo por trás dela.”

Mais perguntas do que respostas

Com o conhecimento adicional da estrutura do Csx28 por meio do uso de crio-EM de alta resolução, a equipe está começando a investigar a função da proteína. Perguntas não faltam. Se o objetivo é proteção, por que há um buraco gigante na membrana? A equipe descobriu que, quando o Cas13 não está por perto, o Csx28 não está ativo. O que o torna ativo na defesa? Quanto tempo permanece ativo e o que deixa passar pela membrana? Compreender a bioquímica por trás da abertura e fechamento do poro esclarecerá como o CRISPR-Cas13 o utiliza como parte de sua defesa e fornecerá um ponto de partida para o estudo de proteínas de membrana em outros sistemas CRISPR.

“Esta descoberta é inesperada e levanta todos os tipos de novas questões sobre como as bactérias se protegem e o que estão fazendo para sobreviver à infecção”, observou Mark Dumont, PhD, professor de Bioquímica e Biofísica na URMC, que passou sua carreira estudando proteínas de membrana. “Também é uma interface muito interessante entre a biologia do RNA, CRISPR, biologia estrutural e biologia de membrana. Embora não haja relevância ou aplicação médica imediata, as ideias que surgem disso podem ser muito poderosas”.

Lueck acrescenta: “É muito raro um estudo ter tantas peças instigantes que reúna vários campos diferentes. E como os conceitos são totalmente novos, o trabalho futuro não será sobrecarregado por dogmas. A qualquer momento, as pessoas podem trazer idéias novas e sem restrições para a mesa é realmente bom para a ciência.”

Além de O’Connell, a principal autora do estudo, Arica VanderWal, PhD, ex-aluna de pós-graduação no laboratório de O’Connell e agora pesquisadora de pós-doutorado na UC San Diego, contribuiu para a pesquisa. Estudantes de pós-graduação Julia K. Nicosia e Adrian M. Molina Vargas no laboratório O’Connell, Bogdan Polevoda, PhD, professor assistente de pesquisa de Bioquímica e Biofísica na URMC, e Elizabeth Kellogg, PhD, e Jung-Un Park do departamento de Molecular Biologia e Genética da Cornell University também apoiaram a pesquisa. O estudo foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde.

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