Ученые из Центра наук о жизни Вильнюсского университета нашли способ подавить активность определенных генов в клетках, не прибегая к разрезанию ДНК. Разработанный метод открывает возможность приостановки работы генетических инструкций внутри клеток.
Модель механизма CRISPR типа IV-A. Слева направо: Шаг 1: образование комплекса «эффектор», состоящего из направляющей РНК и белков типа IV-A. Комплекс РНК-белок связывается с мотивом рядом с целевым участком ДНК (PAM). Шаг 2: образование R-петли, сигнализирующей о нахождении целевого участка. Шаг : связывание DinG (розовая структура). Шаг 4: DinG, вероятно, перемещается вдоль ДНК, чтобы подавить ген, потенциально повторяя процесс для дальнейшего подавления (Шаг 5). / © Nature Communications
Международная команда исследователей-генетиков поняла, как клетки используют специфическую систему для поиска и подавления нежелательных генов. В будущем это обеспечит более безопасное генетическое редактирование, способное влиять на дефектные гены, вызывающие болезни.
«В отличие от широко известной системы CRISPR, часто описываемой как „молекулярные ножницы“, новая система типа IV-A CRISPR не разрезает гены. Вместо этого она использует комплекс-„эффектор“, направляемый РНК, для привлечения фермента под названием DinG, который движется вдоль ДНК и подавляет активность целевых генов более мягким способом», — объяснил руководитель исследования профессор Патрик Пауш (Patrick Pausch).
Ученый отметил, что его команда сосредоточилась на механизме точного нахождения участка ДНК, с которого система начинает работу. Для распознавания короткой постоянной последовательности аминокислот или нуклеотидов, мотива, рядом с целевой ДНК-цепью система использует два белка: Cas8 и Cas5. Когда оба белка обнаруживают нужный мотив, они расплавляют двойную спираль ДНК и проверяют целевой участок ДНК.
Ключевой этап процесса проверки — формирование R-петель, открытых структур ДНК. В отличие от нетронутой ДНК, к R-петлям может присоединиться РНК. Уже эта молекула сигнализирует системе о необходимости подавления гена.
«Все системы CRISPR-Cas, связывающиеся с ДНК, используют R-петли для распознавания нужного участка ДНК. Устойчивые R-петли образуются только в присутствии ДНК-последовательности, достаточно совпадающей с направляющей РНК. R-петля как бы говорит системе, что пора начинать подавление гена», — объяснил профессор.
Фермент DinG, присоединенный к системе IV-A CRISPR, усиливает процесс подавления гена, раскручивая нити ДНК. Действие фермента позволяет разработанному инструменту оказывать воздействие на более длинные участки ДНК.
Новое исследование дает детальное описание внутренних процессов ДНК-интерференции с использованием метода IV-A CRISPR, подавления экспрессии генов (то есть кодирования ими синтезируемых организмом белков) до этапа транскрипции. Их работа дает структурную основу для разработки инструментов редактирования генома с помощью IV-A CRISPR. Научная статья об этом опубликована в журнале Nature Communications.
Методы CRISPR открыли новую эру в редактировании генома, от них ждали быстрой революции в генной инженерии. Однако при их применении все еще возникает много ошибок на этапе разрезания ДНК. Это ограничивает полезность метода в создании новых устойчивых сельскохозяйственных культур. Разработанный генетиками IV-A CRISPR предоставляет генной инженерии больше возможностей, потому что менее инвазивно работает с ДНК.
