Comment les protéines CRISPR trouvent-elles leurs cibles ?
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Les chercheurs démontrent la manière dont les protéines Cas1-Cas2 du système CRISPR trouvent leurs cibles en ouvrant de nombreuses possibilités.
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Les chercheurs de l’Université de Californie ont découvert comment Cas1-Cas2, qui sont les protéines responsables du système CRISPR chez les bactéries à s’adapter aux nouvelles infections virales, identifie le site dans le génome où elles insèrent l’ADN viral afin qu’elles puissent le reconnaitre pour l’attaquer.
Ces protéines, récemment utilisées pour coder un film dans les zones CRISPR des génomes bactériens, dépendent de la flexibilité unique de l’ADN CRISPR pour reconnaître le site où l’ADN viral doit être inséré. C’est pour garantir que les “mémoires” des infections virales antérieures soient correctement stockées.
Le papier, publié dans Science par Jennifer Doudna et son groupe de recherche, a utilisé une microscopie électronique et une cristallographie aux rayons X pour capturer les structures de Cas1-Cas2 pour une insertion d’ADN viral dans la région CRISPR. Les structures révèlent qu’une troisième protéine, l’IHF, se connecte près du site d’insertion et déforme l’ADN en U, ce qui permet à Cas1-Cas2 d’associer les deux parties de l’ADN en même temps. Les auteurs principaux, Addison Wright et Jun-Jie Liu ainsi que les co-auteurs Gavin Knott, Kevin Doxzen et Eva Nogales, ont découvert que la réaction exige que l’ADN cible se déforme et se décompose en partie. Et c’est quelque chose qui se produit uniquement sur la bonne cible.
Une protéine appelée IHF (en bleu) crée un virage serré en amont de l’ADN de la répétition CRISPR permettant à Cas1-Cas2 (en vert et en jaune de reconnaitre et de se connecter au site d’insertion)- Crédit : Addison Wright, UC Berkeley
Les systèmes CRISPR sont un système immunitaire bactérien qui permet aux bactéries de s’adapter et de se défendre contre les virus. Le sigle CRISPR signifie Courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées et il se réfère à la région unique de l’ADN où des fragments d’ADN viral sont stockés pour une référence dans le futur. Cela permet à la cellule de reconnaître tout virus qui tente de réinfecter l’organisme. L’ADN viral alterne avec les “courtes répétitions palindromiques”, qui servent de signal de reconnaissance pour diriger Cas1-Cas2 pour ajouter de nouvelles séquences virales.
La reconnaissance spécifique de ces répétitions par Cas1-Cas2 limite l’intégration de l’ADN viral à l’ensemble CRISPR. Cette capacité lui permet d’être utilisé pour l’immunité et d’éviter les effets potentiellement mortels de l’insertion d’ADN viral au mauvais endroit selon Wright. Même si de nombreuses protéines de liaison d’ADN “lisent” les nucléotides de leur séquence de reconnaissance, Cas1-Cas2 reconnaît la répétition CRISPR par des moyens plus indirects qui sont sa forme et sa flexibilité.
En plus du codage des protéines, la séquence nucléotidique d’un brin d’ADN détermine également les propriétés physiques de la molécule avec certaines séquences qui fonctionnent comme des charnières flexibles et d’autres qui forment des tiges rigides. La séquence de la répétition CRISPR lui permet de se déformer et de se fléchir dans le bon sens pour être lié par Cas1-Cas2 ce qui permet aux protéines de reconnaître leur cible en se basant sur la forme.
Une recherche du laboratoire de George Church à l’Université de Harvard a montré que les capacités de stockage d’information de Cas1-Cas2 peuvent être réutilisées pour enregistrer des images d’un film plutôt que des séquences virales et elles pourraient être utilisées pour enregistrer d’autres types d’informations.
La découverte sur la manière dont Cas1-Cas2 reconnaît leur cible ouvre la porte à la modification des protéines elles-mêmes. En modifiant les protéines, les chercheurs pourraient être en mesure de les rediriger vers d’autres séquences que la répétition de CRISPR et d’étendre leur application dans des organismes sans leur propre locus CRISPR.
Source : Science (http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aao0679)
