I "poteri" della crio-microscopia elettronica nella battaglia tra batteriofagi e ospiti

Uno studio internazionale - coordinato da Martino Bolognesi e Paolo Swuec, rispettivamente docente e ricercatore di Biochimica del Cryo-EM Lab presso il dipartimento di Bioscienze dell'Università Statale e il CRC - Centro di Ricerca Pediatrica Romeo ed Enrica Invernizzi - rivela le basi strutturali e funzionali dell'inibitore proteico AcrIIA6, diretto contro il sistema CRIPSR/Cas9 di Streptococcus thermophilus, uno dei batteri del latte.

Lo studio - pubblicato sulla rivista Molecular Cell e condotto impiegando la crio-microscopia elettronica - evidenzia un inedito meccanismo di azione allosterico per l'inibizione della nucleasi Cas9, strumento di editing genomico di recente introduzione.

AcrIIA6 è infatti una proteina Anti-CRISPR (Acr), parte di una famiglia di fattori evoluti nel batteriofago come potente mezzo di difesa verso l'immunità mediata da CRISPR nei batteri. Data la loro azione inibitrice e i diversi meccanismi utilizzati, le proteine della famiglia Acr destano vivo interesse per il loro potenziale impiego come modulatori dell’attività del sistema CRISPR-Cas9 in manipolazioni genomiche.

Grazie alla crio-microscopia elettronica presso il Cryo-EM Lab di Università Statale e CRC Invernizzi, è stato, quindi, possibile risolvere ad alta risoluzione le strutture di Cas9 di Streptococcus thermophilus in presenza e assenza dell’inibitore AcrIIA6 e di diversi substrati nucleotidici (DNA/RNA).

In particolare, l'analisi condotta dal Cryo-EM Lab ha dimostrato che AcrIIA6 agisce come un inibitore allosterico in grado di modulare l’affinità per il DNA fagico e di indurre la dimerizzazione delle molecole di Cas9. Lo studio, infine, ha portato all'identificazione e razionalizzazione di varianti naturali del Cas9 di Streptococcus thermophilus evolutesi per resistere all'azione inibitrice di AcrIIA6.

I risultati pubblicati aggiungono un importante tassello alla comprensione della costante battaglia tra batteriofagi e i loro ospiti, e offrono le basi per ingegnerizzare inibitori di Cas9 utili per le tecnologie di genome editing.

Lo studio è stato condotto in collaborazione con il Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Università di Marsiglia, il Centre Hospitalier Universitaire de Québec e la University of Laval (Canada).