Исследователи Salk Institute обнаружили молекулярную структуру системы CRISPR на основе РНК

        

В течение последних нескольких лет CRISPR-Cas9 вышла за пределы лабораторного стенда и в общественный дурак. Этот инструмент для редактирования генов CRISPR-Cas9 обещает исправление дефектов внутри отдельных клеток и потенциальное заживление или предотвращение многих заболеваний человека. Но система Cas9 изменяет ДНК, а не РНК, и некоторые эксперты считают, что возможность модифицировать РНК в конечном итоге может оказаться столь же полезной.

Теперь ученые из Института Salk впервые сообщают подробную молекулярную структуру CRISPR-Cas13d, перспективного фермента для новых технологий редактирования РНК. Они смогли визуализировать фермент благодаря криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ), передовой технологии, которая позволяет исследователям захватывать структуру сложных молекул в беспрецедентных деталях. Результаты были получены 20 сентября 2018 года в журнале Cell .

«Настоящая статья представляет собой молекулярный план для генетической инженерии, ориентированной на РНК», – говорит солонч-профессор Дмитрий Люмкис, структурный биолог и один из соответствующих авторов исследования. «Это добавляет к широте инструментов, необходимых для проведения такого рода важнейших биомедицинских исследований».

Производится из генов, первоначально обнаруженных в бактериях, CRISPR был описан как «молекулярные ножницы» или «программа обработки текстов для живых клеток». Он меняет один сегмент генетического кода на другой. В системе CRISPR-Cas9 Cas9 является ферментом, который режет ДНК. Тем не менее, редактирование инструментов для РНК позволит ученым модифицировать активность гена без внесения постоянного и потенциально опасного изменения в сам ген.

«ДНК постоянна, но то, что всегда меняется, – это сообщения РНК, которые копируются из ДНК», – говорит научный сотрудник Salk Сильвана Конерманн, медицинский институт Говарда Хьюза Hanna Gray и один из первых авторов исследования. «Возможность модулировать эти сообщения путем прямого управления РНК имеет важные последствия для влияния на судьбу ячейки».

В начале этого года Комерманн и член Хельмсли-Салк Патрик Хсу опубликовали еще одну статью в Cell в которой было обнаружено семейство ферментов CRISPR-Cas13d и сообщается, что эта альтернативная система CRISPR эффективна для распознавания и резки РНК. Команда также показала, что этот инструмент можно использовать для устранения дисбаланса белков, вызывающих болезни, в клетках у человека с деменцией.

Новое исследование, сотрудничество между лабораториями Люмкиса и Хсу, основано на открытии семейства Cas13d и дает молекулярные детали, которые объясняют, как это работает.

«В нашей предыдущей статье мы обнаружили новое семейство CRISPR, которое может быть использовано для разработки РНК непосредственно внутри человеческих клеток», – говорит Хсу, который является другим соответствующим автором новой работы. «Теперь, когда мы смогли визуализировать структуру Cas13d, мы можем более подробно увидеть, как фермент ориентируется на РНК и как он способен резать РНК. Эти идеи позволяют нам улучшить систему и сделать этот процесс более эффективен, открывая путь для новых стратегий лечения заболеваний, основанных на РНК ».

Команда использовала крио-ЭМ, чтобы выявить новые детали в Cas13d путем замораживания фермента в разных динамических состояниях, что позволяет исследователям расшифровывать целый ряд видов деятельности, а не просто наблюдать за одной деятельностью в один момент времени.

«Это позволило нам увидеть, как Cas13d направляет, связывает и нацеливает РНК», – говорит Чэн Чжан, научный сотрудник лаборатории Lyumkis и второй автор первой статьи. «Мы надеемся, что это новое знание поможет расширить возможности инструментов для редактирования генов».

      

Source link