• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.12.2020
Сколтех
2 775

Ученые Сколтеха описали новые нуклеазы, которые помогут создать перспективный инструмент для редактирования генома

4.2

Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и США описали две новые компактные нуклеазы Cas9, используемые системой CRISPR-Cas для разрезания ДНК, которые могут пополнить набор инструментов для редактирования генома. Ученые показали, что одна из двух нуклеаз может работать в клетках человека, что открывает перспективы для ее применения в биомедицинских приложениях.

Ученые Сколтеха описали новые нуклеазы, которые помогут создать перспективный инструмент для редактирования генома / ©Getty images

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Технология геномного редактирования CRISPR-Cas заимствована у бактерий и основана на использовании Cas нуклеаз, которые способны с помощью CRISPR РНК разрезать генетические последовательности, выполняя роль лезвий в «генетических ножницах», открытие которых было удостоено Нобелевской премии (2020 год, Эммануэль Шарпантье и Дженифер Дудна).

Для исследовательских целей в качестве нуклеазы Cas9 чаще всего используют нуклеазу из бактерий-стрептококков, Streptococcus pyogenes (тип II-A SpCas9). Эта нуклеаза эффективна и относительно проста: один крупный белок одновременно связывается с CRISPR РНК и разрезает ДНК. Кроме того, SpCas9 для узнавания мишеней требует достаточно короткую PAM-последовательность “NGG” – несколько нуклеотидов, фланкирующих целевой сайт на ДНК, необходимые для успешного разрезания генома.

SpCas9 — крупный белок, а это может вызывать проблемы в случаях, когда необходимо, например, использовать частицу аденоассоциированного вируса (AAV) в качестве средства доставки «генетических ножниц» в клетку. В идеале в одной AAV частице должны уместиться и ген, кодирующий Cas белок, и последовательности, кодирующие направляющие CRISPR РНК, а это требует меньших по размеру белков Cas9. В то же время, для более коротких нуклеаз, как правило, требуются более длинные и сложные PAM-последовательности, поэтому исследователям зачастую приходится искать компромисс между размером белка и выбираемыми мишенями.

Авторы статьи – недавно защитившийся аспирант Сколтеха из лаборатории профессора Северинова Яна Федорова и сотрудник лаборатории Александра Васильева вместе с коллегами− описывают две новые небольшие нуклеазы Cas9, полученные из бактерии Defluviimonas sp.20V17, обитающей в гидротермальных источниках, и бактерии Pasteurella pneumotropica, паразитирующей у грызунов и других млекопитающих. Эти нуклеазы одновременно обладают достаточно малым для доставки в AAV векторе размером и имеют относительно короткие PAM-последовательности (“NNRNAY” и “NNNNRTT”), что является двойным преимуществом в случае ферментов Cas9.

Новые нуклеазы относятся к системам CRISPR-Cas типа II-C, где эффекторы Cas9 часто имеют меньший размер, чем SpCas9. Структура II-C нуклеаз очень похожа на строение SpCas9, но в то же время эти белки обладают рядом уникальных особенностей: у них отсутствует несколько субдоменов, а домен, отвечающий за взаимодействие со скаффолдом направляющей РНК, имеет меньший размер, что делает нуклеазы компактнее.

«Да, эффекторам Cas9 типа II-C, как правило, требуются более длинные PAM-последовательности, но это лишь наблюдение, основанное на изучении ограниченного количества описанных на сегодняшний день II-C нуклеаз. Вот, например, в бактерии Staphylococcus auricularis недавно был обнаружен белок SauriCas9, который аналогично белку PpCas9 требует короткую PAM-последовательность – всего лишь две “буквы” (“NNGG”). Думаю, в скором времени будут обнаружены и другие ферменты Cas9 типа II-C, требующие коротких PAM-последовательностей. Малоразмерные Cas9 с разными требованиями к PAM увеличивают число потенциальных ДНК-мишеней в геномах эукариот и прокариот, которые можно редактировать CRISPR-Cas системами», − говорит Яна Федорова.

Эксперименты in vitro и в бактериях показали эффективность двух новых нуклеаз в разрезании ДНК, а нуклеаза PpCas9, полученная из бактерии P. Pneumotropica, также оказалась активна в клетках человека. Кроме того, было установлено родство PpCas9 белка с другими нуклеазами Cas9 − Nme1Cas9 и Nme2Cas9, активность которых в эукариотических клетках была показана ранее. Для оценки эффективности PpCas9 в эукариотах потребуются дополнительные исследования, однако, по мнению авторов, этот белок может быть использован в ряду с традиционными нуклеазами, которые сегодня используются в микробных биотехнологиях и биомедицине для редактирования генома, и расширить применение CRISPR-Cas систем.

Исследователи отмечают, что предварительные исследования нецелевого разрезания PpCas9 ДНК указывают на достаточную специфичность этого фермента, однако необходимо провести полное исследование специфичности PpCas9 более сложными методами. «PpCas9 к тому же проявляет избирательность в выборе мишеней в эукариотах, что может уменьшать число потенциальных целевых сайтов в геноме и тем самым ограничивает применение белка. Причины и механизмы такой избирательности PpCas9 будут предметом дальнейших исследований», − добавляет Яна Федорова.

В исследовании приняли участие специалисты Института биологии гена РАН, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного университета, Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», Национального центра биотехнологической информации (США) и Национальной медицинской библиотеки при Национальных институтах здравоохранения (США).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

Вчера, 10:02
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

4 часа назад
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

Вчера, 10:02
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

Позавчера, 12:13
Александр Березин

На планете уже зарегистрировано больше сотни случаев, подозрительно напоминающих обезьянью оспу — родственницу оспы натуральной. До 2022 года больные обезьяньей оспой заражались в основном от животных, а среди людей она быстро затухала, плохо передаваясь воздушно-капельным путем. Но в этом мае положение могло измениться. Дюжина стран на разных континентах показала одновременную вспышку заражений. Многие пытаются успокоить население, упирая на факт, что прививка от обычной оспы защищает и от новой. На самом деле, ситуация далеко не такая простая, и ВОЗ в эту пятницу провела чрезвычайную встречу экспертов для обсуждения этой болезни. Naked Science рассказывает, может ли оспа стать «сменщиком» коронавируса.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: