Инструмент под названием CRISPR-Cas9 действует как молекулярные ножницы — он может разрезать ДНК именно в том месте, где ее просят. Но он не может разрезать другой вид генетического материала, обнаруженный в клетках, называемый РНК.Теперь исследователи из Мичиганского университета обнаружили единственный белок, который может выполнять точное программируемое разрезание в стиле CRISPR как на ДНК, так и на РНК.
Этот белок является одним из первых Cas9, который работает с обоими типами генетического материала без искусственных вспомогательных компонентов.Их первоначальное биохимическое исследование в лабораторных пробирках, опубликованное в журнале Molecular Cell, показывает перспективность нового подхода CRISPR с использованием белка под названием NmeCas9.
Он получен из Neisseria meningitidis, бактерии, которая ежегодно вызывает одни из самых тяжелых и смертельных случаев менингита.Теперь команда работает над тестированием инструмента на клетках живых бактерий, чтобы увидеть, достигает ли NmeCas9 того же эффекта, который они наблюдали в пробирках.
Они надеются в конечном итоге перейти к человеческим клеткам. Если это сработает, NmeCas9 может помочь расширить роль CRISPR в изучении — и, возможно, вмешательстве — во многие заболевания.«Тот факт, что наш белок выполняет двойную функцию — он способен нацеливаться как на ДНК, так и на РНК, — дает нам возможность разработать платформы для двойного нацеливания», — говорит Ян Чжан, доктор философии, доцент кафедры биологической химии Университета штата Вашингтон. возглавил исследовательскую группу. «Это может сделать возможным выполнение CRISPR-разрезания как РНК, так и ДНК одновременно или, альтернативно, только одноцепочечной матричной РНК, не затрагивая вообще участки генома».
В клетках ДНК, содержащаяся в хромосомах, действует как постоянная энциклопедия инструкций по созданию всего, что нужно клетке. Но для того, чтобы что-то сделать, клеткам нужна РНК, транскрибируемая с хромосом.
Одна из наиболее важных функций РНК в клетках — это «фотокопирование» участков ДНК, чтобы машины внутри клетки могли читать инструкции и производить белки. Многие заболевания возникают из-за проблем с клеточными РНК.
Чжан и соавторы Бет А. Руссо и Чжунган Хоу, доктор философии, разработали и протестировали белок NmeCas9 в своей лаборатории в Медицинской школе Университета штата Нью-Йорк.Волшебные ножницы
Метод «ножниц» CRISPR изменил исследования всего за пять лет. Это позволило сотням групп ученых вырезать мутировавшие части хромосомы или посмотреть, что происходит, когда определенного гена нет.Чтобы понять CRISPR простым языком, представьте себе ножницы, у которых одна сторона молнии прикреплена к кончику лезвия. Чтобы отрезать участок ДНК точно в нужном месте, молния должна точно совпадать с участком ДНК, ведущим к этому месту, образуя прочную связь, которая позиционирует ножницы именно в нужном месте.
В CRISPR «молния» сделана из специально разработанной РНК, а эффект «ножниц» возникает благодаря использованию естественного режущего действия белка или фермента, называемого Cas9. Революция CRISPR позволила разработать уникальные молнии РНК, которые могут прикрепляться к определенным генам, которые играют роль в заболевании, и вырезать их.Сообщается, что первые клинические испытания на людях с использованием CRISPR для вырезания дефектного участка ДНК проводятся в Китае, и подготовка к их началу в США. CRISPR, хотя есть разногласия по поводу этических последствий этой практики, известной как «редактирование зародышевой линии».
Ножницы для обеих рук — случайноНовая техника, разработанная Чжан и ее командой, направлена ??на создание универсальных генетических ножниц. И, поскольку NmeCas9 представляет собой белок намного меньшего размера, чем другие белки Cas9, используемые при редактировании CRISPR, они надеются, что он будет более полезным.Открытие NmeCas9 произошло случайно, когда команда исследователей изучала основную функцию белка NmeCas9 в разрезании ДНК.
Команда U-M использовала РНК в качестве сравнения или контрольного образца, но заметила, что она тоже сокращалась.Копнув глубже, они обнаружили двойную режущую функцию NmeCas9 и начали ее биохимические испытания.
В дополнение к своему открытию они осведомлены о том, что две другие группы либо готовятся сообщить, либо только что сообщили о белках Cas9 от других бактерий, которые могут осуществлять нацеливание на РНК без каких-либо стимулирующих кофакторов, в отличие от предыдущих методов редактирования РНК CRISPR-Cas9. .«Если NmeCas9 работает в живых клетках так же, как in vitro, мы можем разработать его как инструмент для редактирования транскрипта информационной РНК, что означает, что мы сможем заблокировать продукт гена, не манипулируя самим геном», — говорит Чжан. «Мы также могли бы использовать его в качестве исследовательского инструмента для доставки флуоресцентных маркеров к конкретным последовательностям РНК или для блокировки таких событий, как сплайсинг РНК. Все, что было достигнуто с помощью CRISPR Cas9 для манипулирования хромосомами, мы могли бы сделать в уровень РНК «.