Cada criatura viva na Terra deve se proteger de coisas que o faria danificar. As bactérias não são diferentes. E, apesar de sua relativa simplicidade, eles distribuem estratégias defensivas significativamente especializadas contra invasores virais. O mais conhecido é o CRISPR-CAS9, adaptado para uso humano como a primeira técnica de edição genética aprovada pelo FDA.
No ano passado, os pesquisadores do Rockefeller Bacteriology Laboratory, liderados por Luciano Marraffini e no MSKCC Structural Biology Laboratory, liderados por Dinshaw Patel, estudaram os principais componentes imunes de alguns sistemas CRIS denominados efetores CARF. Essas armas recém -descobertas adotam diferentes abordagens para atingir o mesmo objetivo: impedir a atividade celular, o que impede que um vírus se espalhe pelo restante da população bacteriana.
Em uma publicação recente na ciência, os cientistas anunciam o novo efetor Carf que descobriu, que cunhou o CAT1. Graças a uma estrutura molecular incomumente complexa, esta proteína pode acabar com um metabólito essencial para a função celular. Saindo sem combustível, os planos do invasor viral para um ataque adicional são levados a uma rota.
“O trabalho coletivo de nossos workshops está revelando o quão eficaz – e diferente – esses efetivos do CARF”, diz Marraffini. “O alcance de suas atividades moleculares é bastante surpreendente”.
Múltiplos sistemas de defesa
O CRISPR é um mecanismo no sistema imunológico adaptativo de bactérias e outros alguns organismos celulares que oferecem proteção contra vírus, chamados fagos. Os seis tipos de sistemas CRISPR funcionam aproximadamente da mesma maneira: um RNA CRISPR identifica o código genético estrangeiro, que desencadeia uma enzima CAS a mediar uma resposta imune, geralmente cortando o material invasor.
Mas um corpus de teste crescente indica que os sistemas CRISPR distribuem uma ampla variedade de estratégias defensivas além da tesoura genética. O laboratório da Marraffini abriu o caminho para a maior parte desta pesquisa. Em particular, eles estudaram uma classe de moléculas nos sistemas CRISPR-CAS10 chamados efetores CARF, que são proteínas ativadas na infecção por um feijão de uma bactéria.
Acredita -se que a imunidade do empregador Carf trabalhe criando um ambiente inóspito para a replicação viral. Por exemplo, o efetor CAM1 CARF causa a despolarização da membrana de uma célula infectada, enquanto o CAD1 desencadeia uma espécie de tabagismo molecular, inundando uma célula infectada com moléculas tóxicas.
Congelamento metabólico
Para o presente estudo, os pesquisadores queriam tentar identificar mais CARF eficaz. Eles usaram o FOLDEK, uma ferramenta poderosa para pesquisar a homologia estrutural para encontrar o CAT1.
Eles descobriram que o CAT1 é notificado da presença de um vírus a partir da ligação das moléculas de mensagens secundárias chamadas tetra-adeniladas cíclicas ou CA4, que estimulam a enzima a dividir um metabolito essencial na célula chamada NAD+.
“Uma vez dividido uma quantidade suficiente de NAD+, a célula entra em um estado de prisão de crescimento”, diz o autor co-primeiro Baca, um estudante se formou em TPCB no laboratório de Marraffini. “Com a função celular em pausa, o FAGI não pode mais se propagar e se espalhar para o restante da população bacteriana. Dessa maneira, o CAT1 é semelhante ao CAM1 e CAD1, pois todos fornecem imunidade bacteriana no nível da população”.
Complexidade única
Mas, embora sua estratégia imunológica possa ser semelhante a esses outros efetores CARF, sua forma não é, como o autor co-primi Puja Majumder, um estudioso de pesquisa pós-dental do Laboratório Patel, revelado por meio de análises estruturais detalhadas usando crio-EM.
Ele descobriu que a proteína CAT1 tem uma estrutura surpreendentemente complexa na qual os dímeros CAT1 são colados pela molécula de sinal CA4, formando filamentos longos na infecção viral e retém os metabólitos NAD+ dentro dos bolsos moleculares pegajosos. “Depois que o metabólito NAD+ é dividido pelos filamentos CAT1, ele não está disponível para a célula ser usada”, explica Majumder.
Mas a complexidade estrutural singular da proteína não para por aí, acrescenta ele. “Os filamentos interagem entre si para formar feixes espirais trigonais e esses feixes podem, portanto, expandir para formar pacotes espirais pentagonais”, diz ele. O objetivo desses componentes estruturais ainda precisa ser estudado.
Mesmo incomum é o fato de que o CAT1 geralmente parece funcionar sozinho. “Normalmente nos sistemas CRISPR do tipo III, você tem duas atividades que contribuem para o efeito da imunidade”, diz Baca. “No entanto, a maioria das bactérias que codificam o CAT1 parecem confiar principalmente ao CAT1 por seu efeito de imunidade”.
Marraffini diz que esses resultados fazem novas perguntas intrigantes. “Embora eu ache que tenhamos mostrado a imagem geral – que os efetivos do CARF são bons em impedir a replicação do feijão – ainda temos muito para saber os detalhes de como eles fazem isso. Será fascinante ver onde esse trabalho nos leva mais tarde”.
