CRISPR et la défense procaryote

Les procaryotes se défendent contre les virus et l'ADN étranger grâce à des systèmes allant de la restriction-modification à l'immunité adaptative CRISPR-Cas, qui est également devenue un outil transformateur pour l'édition du génome.

Definition

Les systèmes de défense procaryotes sont les mécanismes moléculaires par lesquels les bactéries et les archées reconnaissent et neutralisent les bactériophages et d'autres éléments génétiques étrangers, y compris la restriction-modification et les systèmes immunitaires adaptatifs CRISPR-Cas.

Scope

Ce sujet couvre les systèmes de restriction-modification qui clivent l'ADN étranger tout en protégeant celui de la cellule ; la structure et la fonction des matrices CRISPR et des protéines Cas ; les étapes de l'immunité adaptative basée sur CRISPR, à savoir l'acquisition, l'expression et l'interférence ; et le paysage plus large de la défense antivirale chez les procaryotes. Il aborde également la manière dont CRISPR-Cas a été adapté pour l'édition programmable du génome.

Core questions

• Comment les procaryotes distinguent-ils leur propre ADN de l'ADN étranger ?
• Comment CRISPR-Cas assure-t-il l'immunité adaptative contre les phages ?
• Quelles sont les étapes de l'immunité CRISPR ?
• Comment CRISPR-Cas a-t-il été réutilisé comme outil d'édition du génome ?

Key concepts

• Systèmes de restriction-modification
• Matrices CRISPR et espaceurs
• Protéines Cas
• Acquisition, expression et interférence
• Édition du génome basée sur CRISPR

Key theories

Immunité adaptative CRISPR

Des répétitions groupées entrecoupées de séquences espaceurs dérivées d'envahisseurs passés, associées aux protéines Cas, permettent aux procaryotes d'enregistrer et de cibler les acides nucléiques étrangers, constituant ainsi un système immunitaire adaptatif.

Mechanisms

Les systèmes de restriction-modification utilisent une enzyme de restriction pour cliver l'ADN étranger non méthylé, tandis qu'une méthyltransférase marque le génome de l'hôte comme étant le sien. Les systèmes CRISPR-Cas capturent de courts fragments d'ADN envahissant sous forme d'espaceurs au sein d'une matrice de répétitions ; ceux-ci sont transcrits et traités en ARN guides qui dirigent les nucléases Cas pour reconnaître et couper les séquences correspondantes lors d'une réinfection, offrant ainsi une défense basée sur la mémoire.

Clinical relevance

Au-delà de leur rôle naturel dans la défense microbienne, les enzymes de restriction sont devenues des outils fondamentaux de la technologie de l'ADN recombinant, et les systèmes CRISPR-Cas ont été adaptés en plateformes d'édition du génome largement utilisées avec de vastes applications dans les sciences de la vie.

History

Les enzymes de restriction ont été découvertes au milieu du XXe siècle et sont devenues des outils essentiels pour le clonage moléculaire. Des répétitions groupées ont été observées dans les génomes bactériens et nommées CRISPR au début des années 2000, et des travaux ultérieurs ont révélé leur rôle dans l'immunité adaptative, conduisant au développement de l'édition du génome par CRISPR-Cas.

Key figures

• Werner Arber
• Francisco Mojica

Seminal works

• jansen2002
• madigan2018

Frequently asked questions

CRISPR est-il naturellement un système de défense ou un outil d'édition ?

CRISPR-Cas a évolué chez les bactéries et les archées en tant que système immunitaire adaptatif qui protège contre les bactériophages et d'autres ADN étrangers. Les chercheurs ont ensuite adapté sa machinerie de ciblage en un outil programmable pour l'édition de génomes chez de nombreux types d'organismes.