Die CRISPR-Genscheren, als neue Werkzeuge der Molekularbiologie, haben ihren Ursprung in einem antiken bakteriellen Immunsystem. Nachdem ein Angriff durch einen Virus erfolgreich überwunden wurde, muss sich die Zelle erholen. Forscher der Universitätsklinik Bonn (UKB) und der Universität Bonn haben zusammen mit Wissenschaftlern des Institut Pasteur in Frankreich einen Timer entdeckt, der in die Genscheren integriert ist und es den Genscheren ermöglicht, sich von selbst auszuschalten. Die Ergebnisse der Studie wurden im Journal Nucleic Acids Research veröffentlicht.
Einige Bakterien haben CRISPR-Genscheren entwickelt, um auf Angriffe durch sogenannte Phagen zu reagieren. Dieses bakterielle Immunsystem erkennt das genetische Material der Phagen, zerstört es und schützt somit vor viralen Angriffen. Wenn Phagen erkannt werden, produzieren die Typ-III-Varianten dieser Immunsysteme Botenstoffe mit zyklischen Oligoadenylaten (cOAs), die von den Bakterien verwendet werden, um einen komplexen Notfallplan zu aktivieren. Dies stellt sicher, dass ein Virus optimal und breit bekämpft werden kann.
Das Forschungsteam, unter der Leitung von PD Dr. Gregor Hagelueken vom Institut für Strukturbiologie am UKB, entdeckte, dass der von den Genscheren produzierte Botenstoff cA4 an ein Protein namens CalpL bindet. Die auf diese Weise aktivierten Proteinscheren lösen eine Signalkaskade aus, die der Zelle hilft, den viralen Angriff zu überleben. Dieser bisher unbekannte Aspekt der CRISPR-Systeme könnte für biotechnologische und medizinische Zwecke leicht umprogrammiert werden.
Nach einem viralen Angriff ist es jedoch entscheidend, die verbleibenden zyklischen Oligoadenylate zu eliminieren, um die antivirale Reaktion zu beenden und die Zelle in ihren Normalzustand zurückzuführen. Die Forscher konnten zeigen, dass die sogenannte SAVED-Domäne der CalpL-Protease eine Ringnuklease-Aktivität hat, die cA4 spaltet. Dies funktioniert wie ein molekularer Timer, der die Immunreaktion abschaltet und die Zelle unter regulierter Kontrolle in ihren Normalzustand zurückführt. Die Schaltbarkeit einer Protease wie CalpL ist auch für biotechnologische Anwendungen von großem Interesse.
