[PWC-MEDIA] Perbericht TU Delft: Wetenschappers ontdekken functie Cas4-eiwit in CRISPR-Cas-verdedigingssystemen

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Wed, 28 Mar 2018 08:59:03 +0000

[cid:image003.jpg@01D3C683.C7131B90]Wetenschappers ontdekken functie Cas4-eiwit
in CRISPR-Cas-verdedigingssystemen

Om DNA in levende cellen heel precies te herschrijven, gebruiken onderzoekers
van over de hele wereld steeds vaker een bacterieel verdedigingsmechanisme
genaamd CRISPR-Cas9. Deze nieuwe techniek heeft gene editing een stuk
eenvoudiger en preciezer gemaakt. Maar hoe deze systemen in de natuur
functioneren, is nog niet helemaal duidelijk. Onderzoekers van de TU Delft
hebben nu de rol vastgesteld van een van een eiwit dat bij veel CRISPR-systemen
betrokken is: Cas4. Het blijkt dat dit eiwit 'herinneringen' helpt vormen van
binnenvallende virussen. De virusherinneringen die met Cas4 worden verkregen
helpen de cel om een virus bij de volgende aanval snel te ontdekken en uit te
schakelen, en vergroot zo de overlevingskans van de bacterie. De ontdekking is
een belangrijke nieuwe stap in de richting van een volledig begrip van
CRISPR-systemen.

Voor het menselijk oog is het onmogelijk om te zien, maar virussen en bacteriën
zijn in een oorlog met elkaar verwikkeld. Dagelijks doden kleine virusachtige
deeltjes, bacteriofagen genaamd, ongeveer een derde van alle bacteriën in de
wereldzeeën. "Dergelijke virussen injecteren hun DNA of RNA in een bacterie om
te proberen de controle over de cel te krijgen", legt Dr. Stan Brouns van de TU
Delft uit. "En als de kaping succesvol is, kan het virus de bacterie gebruiken
als een klein fabriekje dat kopieën van zichzelf produceert."

Genetisch geheugen
Om ze te beschermen tegen virussen, heeft de evolutie bacteriën op hun beurt
uitgerust met verdedigingsmechanismen zoals CRISPR-Cas9. Deze systemen kunnen
viraal DNA vinden en kapot knippen, waardoor de bedreiging geneutraliseerd
wordt. Maar voordat dit kan gebeuren, moet een bacterie een soort 'genetische
herinnering' aan een virus hebben. Het moet het virus als een bedreiging
herkennen.

Zulke 'herinneringen' worden gevormd als een bacterie stukje van het virus-DNA
neemt en dit in zijn eigen genetische code inbouwt. Als hetzelfde type virus de
bacterie opnieuw aanvalt, herkent de cel de indringer en kan hij een
'knipeiwit' zoals Cas9 in stelling brengen. Met een stuk viraal RNA als een
soort 'spiekbriefje' gaat het eiwit op jacht naar het virus. Het Cas-eiwit
knipt het vijandige genetische materiaal dat het vindt kapot, en de bacterie
overleeft de aanval.

DNA-fragmenten
Wetenschappers wisten al dat er meerdere eiwitten betrokken zijn bij elk
CRISPR-systeem. Maar tot nu toe was de rol van Cas4 onduidelijk. "We wisten wel
dat het belangrijk moest zijn, omdat dit eiwit in de meeste CRISPR-systemen
aanwezig is", zegt promovendus Sebastian Kieper, die samen met Cristóbal
Almendros het project leidde.

Om erachter te komen wat Cas4 doet, introduceerden de onderzoekers het cas-gen
in E. coli-cellen die al een aantal hoofdcomponenten van het
CRISPR-verdedigingssysteem bevatten. In andere cellen introduceerden ze dat gen
juist niet. Brouns: "We ontdekten dat een bacterie in de afwezigheid van Cas4
nog steeds herinneringen vormde aan een indringer, maar dat die herinneringen
geen bescherming boden." Met andere woorden, pas wanneer Cas4 aanwezig was
werden stukjes viraal DNA in het genoom van de bacterie ingebracht die de cel
daadwerkelijk virusresistentie gaven.

Functionele herinneringen
Verdere onderzoeken toonden aan waarom bacteriën de herinneringen die ze zonder
Cas4 vormen niet kunnen gebruiken. Dit bleek te maken te hebben met PAMs
(Protospacer Adjacent Motifs), korte DNA-sequenties bestaande uit een klein
aantal basenparen die fungeren als herkenningspunt voor eiwitten als Cas9.
"Iedereen die aan gene editing doet met Cas9 weet dat het selecteren van een
PAM cruciaal is voor het succes van het experiment", aldus Brouns.

Bacteriën hebben deze PAMs ook nodig. "Bij het selecteren van een stukje DNA
dat als herinnering in het bacteriële genoom wordt ingebracht, moet een
CRISPR-systeem een sequentie kiezen die ook door een PAM wordt geflankeerd",
legt Brouns uit. "Een Cas-eiwit gebruikt de PAM-sequentie vervolgens om zijn
doel te vinden. Het laat DNA-sequenties die niet door een PAM worden
geflankeerd met rust. PAMs beschermen bacteriën zo ook, omdat ze Cas-eiwitten
ervan weerhouden het DNA van de cel zelf kapot te knippen.

De rol van Cas4 is om ervoor te zorgen dat alleen sequenties die worden
geflankeerd door de juiste PAM worden ingebracht in het DNA van een bacterie.
Dit leidt tot de eerder genoemde 'functionele herinneringen', die daadwerkelijk
bruikbaar zijn wanneer een virus een bacterie opnieuw probeert aan te vallen.
De wetenschappers onderzoeken nu hoe Cas4 precies te werk gaat, en hoe deze
bevinding kan worden gebruikt. Mogelijk kan adaptieve immuniteit in organismen
worden geïntroduceerd die niet van nature over een CRISPR-afweersysteem
beschikken.

******

Paper:
'Cas4 Facilitates PAM-Compatible Spacer Selection during CRISPR Adaptation'
DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.02.103

Beeldcredits: Getty Images/TU Delft

Meer informatie: 'Leven uit het
Lab<https://www.tudelft.nl/tnw/onderzoek/in-de-spotlight/leven-uit-het-lab/>',
onderzoeksverhaal van de TU Delft over Crispr-Cas9.

Contact:

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
+31 (0)6 - 42 71 72 27

Dr. Stan Brouns (onderzoeker TU Delft)
S.J.J.Brouns@xxxxxxxxxx<mailto:S.J.J.Brouns@xxxxxxxxxx>
+31 (0)152783920

U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
www.platformwetenschapscommunicatie.nl<file:///\\www.platformwetenschapscommunicatie.nl>.
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.

Attachment: Phage.jpg
Description: Phage.jpg

[PWC-MEDIA] Perbericht TU Delft: Wetenschappers ontdekken functie Cas4-eiwit in CRISPR-Cas-verdedigingssystemen

Other related posts: