Spacer prioritization in CRISPR–Cas9 immunity is enabled by the leader RNA

反式激活crRNA 清脆的 Cas9 生物 核糖核酸 计算生物学 质粒 CRISPR干扰 化脓性链球菌 DNA 遗传学 基因 细菌 金黄色葡萄球菌
作者
Chunyu Liao,Sahil Sharma,Sarah L. Svensson,Anuja Kibe,Zasha Weinberg,Omer S. Alkhnbashi,Thorsten Bischler,Rolf Backofen,Neva Caliskan,Cynthia M. Sharma,Chase L. Beisel
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:7 (4): 530-541 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41564-022-01074-3
摘要

CRISPR-Cas systems store fragments of foreign DNA, called spacers, as immunological recordings used to combat future infections. Of the many spacers stored in a CRISPR array, the most recent are known to be prioritized for immune defence. However, the underlying mechanism remains unclear. Here we show that the leader region upstream of CRISPR arrays in CRISPR-Cas9 systems enhances CRISPR RNA (crRNA) processing from the newest spacer, prioritizing defence against the matching invader. Using the CRISPR-Cas9 system from Streptococcus pyogenes as a model, we found that the transcribed leader interacts with the conserved repeats bordering the newest spacer. The resulting interaction promotes transactivating crRNA (tracrRNA) hybridization with the second of the two repeats, accelerating crRNA processing. Accordingly, disruption of this structure reduces the abundance of the associated crRNA and immune defence against targeted plasmids and bacteriophages. Beyond the S. pyogenes system, bioinformatics analyses revealed that leader-repeat structures appear across CRISPR-Cas9 systems. CRISPR-Cas systems thus possess an RNA-based mechanism to prioritize defence against the most recently encountered invaders.
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