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Anti CRISPR Proteine auch Acr Proteine sind Proteine die einen adaptiven antiviralen Mechanismus von Bakterien und Archa

Anti-CRISPR-Proteine

Anti-CRISPR-Proteine (auch Acr-Proteine) sind Proteine, die einen adaptiven antiviralen Mechanismus von Bakterien und Archaeen hemmen, das CRISPR-Cas.

Eigenschaften Bearbeiten

Im Zuge der Koevolution von Bakterien und ihren Viren, den Bakteriophagen, wurden sowohl durch Bakterien Abwehrmechanismen gegen Bakteriophagen als auch Hemmstoffe von Bakteriophagen gegen bakterielle Abwehrmechanismen entwickelt. Gegen CRISPR-Cas sind verschiedene Anti-CRISPR-Proteine in Bakteriophagen entstanden. Für eine vollständige Hemmung von CRISPR/Cas gibt es einen Schwellenwert der Dosis von Anti-CRISPR-Proteinen. Tendenziell kommen Anti-CRISPR-Proteine häufiger in ruhenden als in virulenten Phagen vor. Anti-CRISPR-Proteine hemmen CRISPR-Cas an verschiedenen Bindungsstellen. In manchen Bakteriophagen werden gleichzeitig mehrere Anti-CRISPR-Proteine gebildet, die an unterschiedlichen Bindungsstellen hemmen. Manche Anti-CRISPR-Proteine werden durch mobile genetische Elemente codiert.

Bis 2018 wurden 22 unterschiedliche Proteinfamilien von Anti-CRISPR-Proteinen beschrieben, die untereinander nur eine geringe Homologie aufweisen. Diese 22 Proteinfamilien können zwei Klassen zugeordnet werden. Bis 2018 wurden Anti-CRISPR-Proteine gegen die Cas-Proteine der Untergruppen I-C, I-D, I-E (Anti-CRISPR-Proteine AcrE1 bis AcrE4), I-F (Anti-CRISPR-Proteine AcrF1 bis AcrF10), II-A, II-C und V-A beschrieben.

Die Anti-CRISPR-Proteine AcrE1 bis AcrE4, AcrF1 bis AcrF10, AcrIIA1 bis AcrA5 und AcrIIC1 bis AcrIIC3 sind kurze Proteine von 52 bis 149 Aminosäuren. Vermutlich sind Anti-CRISPR-Proteine auch an der Steuerung der Rekombination bakterieller DNA beteiligt.

Die Datenbank Anti-CRISPRdb listet Anti-CRISPR-Proteine.

Mechanismen Bearbeiten

Die Anti-CRISPR-Proteine AcrF1, AcrF2, AcrF10 und AcrIIA2 hemmen die Bindung von CRISPR/Cas an die Ziel-DNA, während AcrF3 den DNA-Bindungskanal von CRISPR/Cas blockiert. AcrIIA4 ähnelt dem Protospacer Adjacent Motif und verhindert die Konformationsänderung der HNH-Proteindomäne von Cas. AcrIIC1 bindet an die HNH-Domäne von Cas und blockiert das aktive Zentrum. AcrIIC3 erzeugt eine Dimerisierung von Cas9 und verhindert eine DNA-Bindung. Die Cas-Untergruppe I-F wird von allen bekannten Anti-CRISPR-Proteinen gehemmt. Manche Anti-CRISPR-Proteine wirken gegen mehrere Untergruppen von Cas-Proteinen.

Verwendung Bearbeiten

Die CRISPR/Cas-Methode basiert als biochemische Methode zum Genome Editing auf dem CRISPR-Cas. Daher wurde die Verwendung von Anti-CRISPR-Proteinen zur konditionalen Hemmung und somit zur zeitlichen, gewebsspezifischen oder zellzyklusabschnittsspezifischen Steuerung der CRISPR-Cas-Methode vorgeschlagen. Da CRISPR/Cas DNA schneidet, solange es aktiv ist, kann eine zeitliche Begrenzung auch unspezifische Schnitte begrenzen, die zu unerwünschten Mutationen führen können.

Beispielsweise werden Anti-CRISPR-Proteine zu einem gewünschten Zeitpunkt induziert oder es werden Fusionsproteine von Anti-CRISPR-Proteinen mit lichtgesteuerten Proteinen zur zeitlichen Steuerung der Methode verwendet. Die Kombination lichtsensitiver Proteine mit Anti-CRISPR-Proteinen ermöglicht eine Aktivierung von CRISPR-Cas nur während einer Bestrahlung mit Licht, beispielsweise die Kombination des Anti-CRISPR-Proteins AcrIIA4 (ein Hemmstoff von Cas9) mit dem lichtsensitiven Protein LOV2 aus Avena sativa (Saathafer).

Geschichte Bearbeiten

Durch Bakteriophagen codierte Anti-CRISPR-Proteine wurden erstmals 2013 beschrieben.

Literatur Bearbeiten

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Einzelnachweise Bearbeiten

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Anti CRISPR Proteine auch Acr Proteine sind Proteine die einen adaptiven antiviralen Mechanismus von Bakterien und Archaeen hemmen das CRISPR Cas Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Mechanismen 3 Verwendung 4 Geschichte 5 Literatur 6 EinzelnachweiseEigenschaften BearbeitenIm Zuge der Koevolution von Bakterien und ihren Viren den Bakteriophagen wurden sowohl durch Bakterien Abwehrmechanismen gegen Bakteriophagen als auch Hemmstoffe von Bakteriophagen gegen bakterielle Abwehrmechanismen entwickelt 1 2 3 Gegen CRISPR Cas sind verschiedene Anti CRISPR Proteine in Bakteriophagen entstanden Fur eine vollstandige Hemmung von CRISPR Cas gibt es einen Schwellenwert der Dosis von Anti CRISPR Proteinen 4 Tendenziell kommen Anti CRISPR Proteine haufiger in ruhenden als in virulenten Phagen vor 5 Anti CRISPR Proteine hemmen CRISPR Cas an verschiedenen Bindungsstellen 6 In manchen Bakteriophagen werden gleichzeitig mehrere Anti CRISPR Proteine gebildet die an unterschiedlichen Bindungsstellen hemmen 3 Manche Anti CRISPR Proteine werden durch mobile genetische Elemente codiert 7 8 Bis 2018 wurden 22 unterschiedliche Proteinfamilien von Anti CRISPR Proteinen beschrieben die untereinander nur eine geringe Homologie aufweisen 3 9 Diese 22 Proteinfamilien konnen zwei Klassen zugeordnet werden 3 Bis 2018 wurden Anti CRISPR Proteine gegen die Cas Proteine der Untergruppen I C 7 I D 7 I E Anti CRISPR Proteine AcrE1 bis AcrE4 3 7 I F Anti CRISPR Proteine AcrF1 bis AcrF10 3 7 II A 7 10 II C 7 und V A beschrieben 7 11 Die Anti CRISPR Proteine AcrE1 bis AcrE4 AcrF1 bis AcrF10 AcrIIA1 bis AcrA5 und AcrIIC1 bis AcrIIC3 sind kurze Proteine von 52 bis 149 Aminosauren 3 Vermutlich sind Anti CRISPR Proteine auch an der Steuerung der Rekombination bakterieller DNA beteiligt 12 13 Die Datenbank Anti CRISPRdb listet Anti CRISPR Proteine 14 Mechanismen BearbeitenDie Anti CRISPR Proteine AcrF1 AcrF2 AcrF10 und AcrIIA2 hemmen die Bindung von CRISPR Cas an die Ziel DNA wahrend AcrF3 den DNA Bindungskanal von CRISPR Cas blockiert 3 AcrIIA4 ahnelt dem Protospacer Adjacent Motif und verhindert die Konformationsanderung der HNH Proteindomane von Cas 3 AcrIIC1 bindet an die HNH Domane von Cas und blockiert das aktive Zentrum 3 AcrIIC3 erzeugt eine Dimerisierung von Cas9 und verhindert eine DNA Bindung 3 Die Cas Untergruppe I F wird von allen bekannten Anti CRISPR Proteinen gehemmt 15 Manche Anti CRISPR Proteine wirken gegen mehrere Untergruppen von Cas Proteinen 16 Verwendung BearbeitenDie CRISPR Cas Methode basiert als biochemische Methode zum Genome Editing auf dem CRISPR Cas Daher wurde die Verwendung von Anti CRISPR Proteinen zur konditionalen Hemmung und somit zur zeitlichen gewebsspezifischen oder zellzyklusabschnittsspezifischen Steuerung der CRISPR Cas Methode vorgeschlagen 1 Da CRISPR Cas DNA schneidet solange es aktiv ist kann eine zeitliche Begrenzung auch unspezifische Schnitte begrenzen die zu unerwunschten Mutationen fuhren konnen 1 Beispielsweise werden Anti CRISPR Proteine zu einem gewunschten Zeitpunkt induziert 17 oder es werden Fusionsproteine von Anti CRISPR Proteinen mit lichtgesteuerten Proteinen zur zeitlichen Steuerung der Methode verwendet 18 Die Kombination lichtsensitiver Proteine mit Anti CRISPR Proteinen ermoglicht eine Aktivierung von CRISPR Cas nur wahrend einer Bestrahlung mit Licht beispielsweise die Kombination des Anti CRISPR Proteins AcrIIA4 ein Hemmstoff von Cas9 mit dem lichtsensitiven Protein LOV2 aus Avena sativa Saathafer 18 Geschichte BearbeitenDurch Bakteriophagen codierte Anti CRISPR Proteine wurden erstmals 2013 beschrieben 19 Literatur BearbeitenJ Wang J Ma Z Cheng X Meng L You M Wang X Zhang Y Wang A CRISPR evolutionary arms race structural insights into viral anti CRISPR Cas responses In Cell research Band 26 Nummer 10 09 2016 S 1165 1168 doi 10 1038 cr 2016 103 PMID 27585537 PMC 5113301 freier Volltext Einzelnachweise Bearbeiten a b c K L Maxwell The Anti CRISPR Story A Battle for Survival In Molecular 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