Cascade: complesso proteico che aiuta il sistema immunitario a combattere i virus

150204144521-largeI batteri hanno un sofisticato mezzo di difendersi, e ne hanno bisogno: i virus infettano più batteri rispetto a qualsiasi altra entità biologica. Due esperimenti intrapresi presso il Dipartimento di SLAC National Accelerator Laboratory di Energia offrono una nuova visione nel cuore delle difese adattative batteriche in un sistema chiamato CRISPR, abbreviazione di cluster regolarmente intervallate da una breve ripetizione palindroma.

Questa porzione di sistema immunitario dei batteri lavora come custode record, prendendo atto di attaccare l’identità e conservare le informazioni integrando frammenti del DNA del virus nel proprio DNA. In questo modo, CRISPR mantengono registri genetici dei virus precedentemente incontrati, rendendo più facile per il sistema immunitario dei batteri mandare complessi che distruggono gli invasori virali individuando e tagliando le sequenze di DNA riconosciute.

Gli studi pubblicati l’anno scorso in Science rivelano non solo importanti informazioni su come i batteri respingono attaccando i virus, ma anche come potenzialmente migliorare la prevenzione delle malattie negli esseri umani. I ricercatori attualmente stanno studiando modi di prevenire e curare la fibrosi cistica, malattie del sangue e HIV sfruttando il sistema CRISPR per sostituire una versione di un gene con un altro o per aggiungere una copia di lavoro di un gene mutato.

Gli scienziati hanno studiato un particolare CRISPR associate al complesso chiamato Cascade utilizzando raggi X luminosi di SLAC di Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), un DOE Office. Nei batteri Escherichia coli, 11 proteine assemblate insieme ad un RNA guida che permette Cascade di individuare il target tra le sequenze di DNA. Una volta Cascade conferma la presenza di un invasore, un segnale molecolare recluta un nucleasi chiamato Cas3 per fagocitare l’invasore.

Il precedente lavoro di Blake Wiedenheft, assistente professore di microbiologia e immunologia presso il Montana State University, ha rivelato l’architettura la forma di cavalluccio marino di Cascade, ma gli studi intrapresi a SSRL rivela ora come tutte le parti di questa macchina si assemblano in un macchina di sorveglianza funzionale che pattuglie l’ambiente intracellulare per invadere DNA.

“La determinazione di strutture ad alta risoluzione di grandi macromolecole resta difficile. Molti aspetti tecnici della SSRL, tra cui l’intensità della luce, la capacità di focalizzare il fascio, e il rivelatore di raggi X shutterless hanno reso questi risultati possibili.”

Gli studi hanno anche rivelato che guida l’RNA di Cascade non lega insieme con il DNA virale per formare un elica, come ci si aspettava. Invece, essi formano una struttura nastriforme sotto-avvolto.

“E’ una realizzazione tecnica che fornisce la prima spiegazione molecolare di come tutte le parti assemblano in una macchina di sorveglianza funzionale”.

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