Investigadores del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han hecho un descubrimiento innovador con respecto a los mecanismos moleculares detrás del origen de los sistemas Tipo V CRISPR-CAS. El estudio, co-condujo por el Prof. DR. Gao Caixia y sus colegas de la Universidad de Tsinghua y el Instituto de Zoolología de CAS revelaron que la división funcional de transposón derivada del transposón fue un desarrollo crucial en la evolución de la inmunidad tipo V CRISPR-CAS.
Los sistemas Tipo V CRISPR-CAS, en particular los que tienen proteínas CAS12, generalmente se reconocen como potentes ayudas en el procesamiento del genoma, aplicable a áreas como la investigación básica, la medicina y la agricultura. Sin embargo, el vínculo preciso entre la actividad del transposón y la inmunidad CRISPR no se entendió completamente hasta ahora.
Los investigadores desarrollaron una estrategia minera uniforme que analizó los motivos catalíticos, los dominios estructurales y los contratos de secuencia que se comparten entre las nucleasas TNPB, que son proteínas ancestrales de los efectores Tipo V CAS12 y la nuco CAS12. Al explorar bases de datos procariotas y metaagómicas, identificaron 146 proteínas similares a TNPB que están asociadas con los sistemas CRISPR.
Los análisis filogenéticos y las predicciones estructurales basadas en Alpafold ayudaron a clasificar estas proteínas en seis clados intermedios conocidos como trancos, que comparten características con líneas TNPB específicas. En particular, varios de estos clados recién identificados se derivan de los transposones IS605 e IS607, lo que indica su significado evolutivo entre TNPB y CAS12.
Las pruebas funcionales enfatizaron un mecanismo de ARN único con una guía doble en cinco tallos de Trancy, lo que sugiere que estos sistemas pueden usar ARN intrínsecos CRISPR y ARNA dedicados al transposón para realizar la orientación de ADN. Los investigadores llevaron a cabo un análisis de microscopía crioelectrónica (CRYO-EM) para estudiar el complejo Latranc-DNA, que reveló una similitud con el complejo TNPB-RERNA-DNA, pero enfatizó una distinción crucial: el componente RERNA.
Esta innovación a nivel de ARN se identificó como un mecanismo crucial que estimuló el aumento de los sistemas CRISPR-CAS. Los experimentos de ingeniería validaron además que la división artificial de la RERNA TNPB en dos componentes fue suficiente para convertirla en un sistema similar a CRISPR que puede usar matrices CRISPR para la producción de ARN guía.
Estos hallazgos no solo aclaran la ruta evolutiva de los sistemas CRISPR tipo V, sino que también indican una serie de nucleasas compactas con ARN de guía adaptables. Esta investigación abre nuevas formas para el desarrollo de herramientas CRISPR más pequeñas y versátiles que se pueden controlar más fácilmente en varias aplicaciones.
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