A CRISPR/Cas system mediates bacterial innate immune evasion and virulence

Sampson TR, Saroj SD, Llewellyn AC, Tzeng YL, Weiss DS.

Speaker: Bo-yang Tsai (蔡博仰)                                  Time: 14:10~15:00, Apr.30, 2014

Commentator: Dr. I-hsiu Huang (黃一修老師)           Place: Room 601

Abstract:

過去研究發現F. novicida可以逃脫宿主攻擊並在細胞質中複製，但詳細機制並不清楚，所以F. novicida常被作為研究病原體逃脫宿主辨識的模式¹。而作者先前的研究發現F. novicida FTN_0757基因缺失將會促使細菌脂蛋白FTN_1103大量表達並引起小鼠TLR2 - dependent的發炎反應使得細菌無法在宿主身上存活。這結果說明FTN_0757基因是F. novicida的一個重要毒力因子，雖然其中的調控機制並不清楚但可以看出F. novicida是需要透過TLR2才能被宿主辨識並清除²。因此本篇作者想探討F. novicida是如何透過FTN_0757基因去抑制FTN_1103的表達進而逃脫宿主TLR2的辨識。首先作者利用生物資訊分析FTN_0757基因，結果意外發現它是一個Cas9蛋白(已知具有endonuclease活性可以切除外來DNA)而且它坐落在一套完整的type II CRISPR locus中，包含成串的Cas genes, 具有專一標的的crRNA以及調控crRNA活性的trans-activating RNA (tracrRNA)，另外作者還發現有一段未知的small CRISPR/Cas -associated RNA (scRNA)也在其中。因此作者想知道FTN_1103的抑制是否透過CRISPR system來調控，於是個別剔除CRISPR locus上的Cas1, Cas2, Cas4, Cas9(FTN_0757)基因以及crRNA, tracrRNA, scRNA。另外也突變Cas9的RuvC / HNH endonuclease domain來做實驗，結果發現FTN_1103的抑制並非經由Canonical CRISPR路徑，即先被crRNA專一標的再被Cas9的endonuclease RuvC, HNH降解。而序列雜合預測與免疫沈澱的實驗結果說明Cas9透過arginine-rich motif (ARM)與形成雜合的tracrRNA-crRNA-FTN_1103 mRNA複合體作用，但FTN_1103 mRNA是如何被降解尚未清楚。另外，作者在in vitro與in vivo的感染實驗也證明F. novicida在感染宿主的過程中確實會表達這條 Non-canonical CRISPR 路徑去抑制FTN_1103的表現量而幫助細菌逃脫宿主的TLR2辨識，最後造成小鼠死亡。總結本篇研究，作者發現CRISPR system除了目前已知細菌防禦系統的功能外，似乎還具有內源性基因調控的功能並影響細菌的毒力和致病機轉。

References

1.         Jones, C.L., et al. Subversion of host recognition and defense systems by Francisella spp. Microbiology and molecular biology reviews : MMBR 76, 383-404 (2012).

2.         Jones, C.L., Sampson, T.R., Nakaya, H.I., Pulendran, B. & Weiss, D.S. Repression of bacterial lipoprotein production by Francisella novicida facilitates evasion of innate immune recognition. Cellular microbiology 14, 1531-1543 (2012).