Chapter 11: Additional Roles of RNA

Back to chapter

11.11:

CRISPR ve crRNA'lar

JoVE Core
Biologia Molecular

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Biologia Molecular

CRISPR and crRNAs

Vídeo Anterior
11.10: piRNA – Piwi-interacting RNAs

Próximo Vídeo
11.12: lncRNA – Long Non-coding RNAs

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Bakteriler sürekli olarak bakteriyofajlardan gelen enfeksiyonlarla karşı karşıyadır. Bu tehdidin üstesinden gelmek için bakteriler, CRISPR-Cas sistemi olarak bilinen karmaşık, adaptif bir bağışıklık sistemi geliştirdiler;bu sistem, enfeksiyon durumunda bakteriyofaj DNA’sını yok eder. Bu sistem üç farklı prosesi içerir:bakteriyofaj DNA segmentinin bakteri genomuna dahil edilmesi, CRISPR RNA ve Cas proteininin üretilmesi ve bakteriyofaj DNA’sının CRISPR RNA-Cas aracılığıyla bölünmesi.Bir bakteriyofaj saldırdığında, bakteri hücresinin yüzeyine bağlanır ve DNA’sını bakterinin içine aktarır;bu DNA, bakteri sistemi tarafından parçalanır. Bakteriyofaj DNA’sının kısa bir segmenti, bakteri genomunun CRISPR adı verilen belirli bölgelerine eklenir. Bunlar, bakteriyel dizi tekrarlarının dağınık yerleştirildiği genomik bölgelerdir ve farklı bakteriyofajlardan gelen, kısa ve değişen aralayıcı diziler içerirler.Bu aralayıcı diziler, bakteriler için daha önce saldırmış olan tüm bakteriyofajları içeren bir hafıza görevi görür. Bakteriler, aralayıcı dizileri kullanarak, tekrar saldıran belirli bir bakteriyofaj tipinden DNA’yı hızlı bir şekilde tanımlar ve yok eder. CRISPR bölgesinden gelen transkriptler işlenerek, aralayıcı dizi ve yakındaki bakteri tekrar dizisini içeren, yaklaşık 30 nükleotit uzunluğunda CRISPR RNA molekülleri üretilir.CRISPR ilişkili sistemler Cas proteinini kodlar. Bu Cas proteini daha sonra CRISPR RNA molekülü ile birleşerek bir ribonükleoprotein kompleksi oluşturur. Aynı tipte bir bakteriyofaj tekrar saldırdığında, bu bakteriyofajın DNA’sı, CRISPR RNA’da bulunan spesifik aralayıcı dizisi tarafından tanınır.İlişkili Cas proteini daha sonra, tek başına veya birçok proteinin yardımıyla bakteriyofaj DNA’sının her iki zincirini de keser. CRISPR Cas sisteminin ilkeleri ve bileşenleri, tamamlayıcı kılavuz RNA’sını kullanarak, bir organizmadaki herhangi bir geni yıkmak veya değiştirmek için kullanılabilir. Bakterilerde ve arkelerde CRISPR Cas sisteminin farklı tipleri bulunur.Bunlar arasında CRISPR Cas9 sistemi, en iyi çalışılmışlardan biridir ve farklı genleri hedeflemek için kolayca ve etkili bir şekilde tekrar programlanabildiğinden, farklı pratik uygulamalar için yaygın olarak kullanılır.

11.11:

CRISPR ve crRNA'lar

Bakteriler ve archaea, ökaryotlar gibi viral enfeksiyonlara karşı hassastır; bu nedenle, kendilerini korumak için benzersiz bir adaptif bağışıklık sistemi geliştirmişlerdir. Kümelenmiş düzenli olarak yerleştirilmiş kısa palindromik tekrarlar ve CRISPR ile ilişkili proteinler (CRISPR-Cas), bilinen bakterilerin %45'inden ve bilinen archaea'nın %90'ından fazlasında bulunur.

CRISPR-Cas sistemi, yabancı DNA'nın bir kopyasını konakçı genomda saklar ve yeniden enfekte olduğunda yabancı DNA'yı tanımlamak için kullanır. CRISPR-Cas'ın yeniden enfekte bir virüse saldırmak için üç farklı aşaması vardır. Edinme aşamasında, viral DNA'nın protospacer bölgesi CRISPR sistemleri tarafından bölünür. Spesifik protospacer bölgesi, hedef viral DNA'da bulunan bir protospacer bitişik motifi (PAM) yardımıyla bölünme için tanımlanır. Bölünmüş protospacer dizisi daha sonra bakteriyel CRISPR lokusuna dahil edilir. Ekspresyon aşamasında, CRISPR ve CAS genleri, CRISPR öncesi RNA (crRNA), Cas mRNA'yı üretmek için kopyalanır. Ön crRNA daha sonra olgun crRNA üretmek için işlenir. Girişim aşamasında, crRNA ve çevrilmiş Cas proteini, viral DNA'yı sekansa özgü bir şekilde hedefleyen ve parçalayan bir ribonükleoprotein kompleksi oluşturur.

CRISPR-Cas sistemleri, Cas protein tipleri ile karakterize edilen üç farklı tipe ayrılabilir. Tip I sistemlerde Cas3, nükleaz aktivitesinin yanı sıra helikaza da sahiptir. Birden fazla ek Cas proteini, viral DNA'da çift sarmallı bir kırılma oluşturur. Tip II sistemlerde, nükleaz Cas9 DNA'yı parçalamak için tek başına hareket eder. crRNA'ya ek olarak, tip II sistemler ayrıca crRNA'nın olgunlaşması için gerekli olan trans-aktive edici CRISPR RNA'ya (tracrRNA) sahiptir. Tip III sistemlerde, Cas10 bilinmeyen bir işlevi vardır, ama tip I sistemi gibi, DNA bölünmesi için birden fazla protein ihtiyacı vardır. Tip III sistemi ayrıca bölünme için RNA'yı da hedefleyebilir. Tip I ve tip III hem bakterilerde hem de archaea'da bulunurken, bugüne kadar Tip II sadece bakterilerde bulunmuştur. Kısıtlama enzimleri gibi geleneksel genom düzenleme teknikleriyle karşılaştırıldığında, CRISPR-Cas sisteminin kullanımı daha basittir, aynı deneyde birden fazla geni hedefleyebilir. Bu nedenle, güçlü bir genetik mühendisliği aracı olarak ortaya çıkmıştır ve hem prokaryotik hem de ökaryotik organizmaların genomunu değiştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Leitura Sugerida

Thurtle‐Schmidt, Deborah M., and Te‐Wen Lo. "Molecular biology at the cutting edge: a review on CRISPR/CAS9 gene editing for undergraduates." Biochemistry and Molecular Biology Education 46, no. 2 (2018): 195-205.
Rath, Devashish, Lina Amlinger, Archana Rath, and Magnus Lundgren. "The CRISPR-Cas immune system: biology, mechanisms and applications." Biochimie 117 (2015): 119-128.
Wang, Haifeng, Marie La Russa, and Lei S. Qi. "CRISPR/Cas9 in genome editing and beyond." Annual Review of Biochemistry 85 (2016): 227-264.
Adli, Mazhar. "The CRISPR tool kit for genome editing and beyond." Nature Communications 9, no. 1 (2018): 1-13.

Tags

CRISPR CrRNAs Bacteriophages Adaptive Immunity System CRISPR-Cas System Bacteriophage DNA Cas Protein CRISPR RNA Cleavage Bacterial Genome CRISPR Region Spacer Sequences Memory Nucleotides