Возможность точного изменения ДНК откроет больше возможностей для развития персонализированной медицины, которая могла бы помочь в борьбе с человеческими заболеваниями, для которых в настоящее время существует мало вариантов лечения. Примеры заболеваний, которые имеют неудовлетворенные терапевтические потребности, включают нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Хантингтона, мышечные дистрофии и заболевания крови, такие как серповидно-клеточная анемия.
Этот новый белок, названный iCas, можно легко контролировать с помощью внешнего химического ввода и, таким образом, решает некоторые проблемы с CRISPR-Cas1, существующим золотым стандартом для изменения ДНК. Например, существующие ферменты Cas могут иногда изменять места в ДНК, что приводит к ужасным последствиям. Благодаря iCas пользователи теперь имеют возможность контролировать активность ферментов и, таким образом, минимизировать непреднамеренные модификации ДНК в клетке.
Разработанный в сотрудничестве с Сингапурским институтом генома A * STAR (GIS) и Технологическим университетом Наньян в Сингапуре (NTU Singapore), iCas был опубликован в рецензируемом научном журнале Nature Chemical Biology на этой неделе.Руководит совместной исследовательской группой д-р Тан Мэн Хау, старший научный сотрудник отдела стволовых клеток. Регенеративная биология в ГИС и доцент Школы химической и биомедицинской инженерии НТУ.«ДНК подобна инструкции, которая сообщает живым клеткам, как себя вести, поэтому, если мы сможем переписать инструкции в этом руководстве, мы сможем получить контроль над тем, что клетки должны делать», — пояснил доктор Тан. «Наш инженерный белок iCas подобен выключателю, который можно легко включать и выключать по желанию.
Он также превосходит другие существующие методы с точки зрения времени отклика и надежности».Как работает изменение ДНКЧтобы гарантировать точное изменение ДНК, что требуется во многих биомедицинских и биотехнологических приложениях, активность белка Cas должна строго регулироваться.Химическим веществом, которое включает или выключает белок iCas, является тамоксифен, препарат, обычно используемый для лечения и профилактики рака груди.
При его отсутствии iCas отключается без изменений в ДНК. При включении тамоксифена iCas отредактирует целевой участок ДНК.В ходе исследования было обнаружено, что iCas превосходит другие технологии CRISPR-Cas, индуцируемые химическими веществами, с гораздо более быстрым временем отклика и возможностью многократного включения и выключения.
Более высокая скорость реакции iCas позволит более точно контролировать, где и когда происходит редактирование ДНК. Это полезно в исследованиях или приложениях, требующих точного контроля редактирования ДНК.
Например, в исследованиях клеточных сигнальных путей или развития позвоночных, iCas может точно нацеливаться на подмножество клеток в ткани (пространственный контроль) или редактировать ДНК на определенной стадии развития (временной контроль).«Технология iCas, разработанная доктором Таном, является захватывающим дополнением к растущему набору инструментов CRISPR. Она позволяет редактировать геном точно контролируемым образом, открывая новые возможности для применения технологии CRISPR в фундаментальных и прикладных биологических исследованиях», — сказал доктор Хуэйминь Чжао. , профессор Стивена Л. Миллера кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн (UIUC).Исполнительный директор GIS профессор Нг Хак Хуэй добавил: «Эта разработка позволяет исследователям иметь точный контроль для более точного редактирования ДНК, а также может помочь исследователям создавать клетки с новыми свойствами или восстанавливать больные клетки с помощью мутировавшей ДНК».
Профессор Теох Сви Хин, председатель Школы химической и биомедицинской инженерии НТУ, сказал: «Редактирование ДНК — захватывающая область с множеством потенциальных применений для лечения заболеваний. НТУ активно участвует в исследованиях в области секвенирования генов и биоинженерии. Последние годы и эта работа доктора Тана и его сингапурской команды пополнят растущий объем знаний в области клеточной инженерии для медицины ».Система CRISPR-Cas (кластерные регулярные короткие палиндромные повторы и ассоциированные с CRISPR белки) представляет собой мощную технологию, которая может использоваться для манипулирования ДНК в живых клетках.
Например, его можно использовать для исправления болезнетворных мутаций у людей или для создания улучшенных сельскохозяйственных культур с желаемыми характеристиками для обеспечения продовольственной безопасности.