Arbeitsgruppe Pul

Molekulare Mechanismen des bakteriellen "Immunsystems" CRISPR-Cas

Das CRISPR-Cas System verleiht Bakterien eine adaptive und vererbbare Immunität gegenüber Infektionen durch Phagen oder mobilen Plasmiden. Aufgebaut wird dieses Verteidigungssystem aus den Cas-Proteinen und einem nicht-kodierenden DNA-Bereich des Wirtsgenoms, der als CRISPR-Array bezeichnet wird. Letztere besteht aus sich wiederholenden kleinen Sequenzbereichen (Repeats), die durch gleichlange singuläre DNA-Sequenzen (Spacern) unterbrochen sind. Nach einer Erstinfektion der baktierellen Zelle wird die Fremd-DNA (z.B. virale DNA) als solche erkannt und von den Cas-Proteinen zu kleinen DNA-Fragmenten gespalten. Die Immunusierung der Zelle erfolgt danach durch spezifischen Einbau dieser DNA-Fragmente in den CRISPR-Array als neue Spacer  (Phase 1). In der zweitern Phase erfolgt die Transkription des Arrays zu einer Vorläufer-RNA, die von den Cas-Proteinen zu fertigen crRNAs prozessiert wird (Phase 2) . In Komplex mit Cas-Proteinen vermitteln die reifen crRNAs eine spezifische Erkennung und Abbau der Fremd-DNA durch einen RNA-vermittelten DNA-Interferenz Mechanismus (Phase 3).

Seit ihrer ersten Beschreibung hat sich die CRISPR Forschung zu einem der spannendsten und innovativsten Feldern innerhalb der Mikrobiologie entwickelt, mit viel Potential in der biotechnologischen und medizinischen Anwendung. Inzwischen werden die Komponenten des Systems erfolgreich zur Erzeugung von transgenen Organismen mit multiplen Genommutationen eingesetzt. Zudem zeigen erste vorläufige Studien, dass das System auch zu Therapie von viralen Infektionen in Eukaryoten eingesetzt werden kann.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte und angewandte Methoden

Unsere aktuellen Schwerpunkte sind:

  •  Charakterisierung der regulatorischen Komponenten der Transkription und Prozessierung von crRNAs [1-4].
  • Analyse der Cascade-Komplexe und ihre Funktionen in der crRNA-vermittelten Erkennung der Ziel-DNA [5].
  • Aufklärung der Komponenten und Mechanismen, die eine spezifische Integration von viraler DNA in den CRISPR-Array während der Immunisierung vermitteln [6-8].

Hierzu setzen wir ein breites Spektrum an verschiedenen mikrobiologischen, biochemischen und molekularbiologischen Methoden ein.

Unsere Forschung ist assoziiert an:

 

  • DFG-SPP 1268: Sensory and regulatory RNAs in prokaryotes

Referenzen:

[1] Pul Ü et al. (2010) Mol. Microbiol 75:1495-1512

[2] Westra E R, Pul Ü et al. (2010) Mol. Microbiol. 77:1380-1393

[3] Stratmann T, Pul Ü et al. (2012) Mol. Microbiol. 83:1109-1123

[4] Arslan Z et al. (2013) RNA Biol. 10:708-715

[5] Jore et al. (2011) Nat. Struct. Mol. Biol. 18:529–536

[6] Ellinger et al. (2012) J. Struct. Biol. 178: 350-62

[7] Arslan Z et al. (2013) Nucleic Acids Res 41:6347-6359

[8] Arslan Z et al. (2014) Nucleic Acids Res doi:10.1093/nar/gku510 

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