Создан "CRISPR-шредер" для измельчения рекордно длинных участков ДНК

С помощью программируемого нацеливания новый инструмент уничтожает длинные фрагменты ДНК в клетках человека.

Иллюстрация с сайта pixabay.com.

Технология редактирования генов CRISPR – одна из самых прорывных разработок генетиков и медиков за последние годы. Однако эта методика пока что далека от совершенства.

Напомним, что система CRISPR основана на молекулярном противовирусном механизме, подсмотренном у бактерий. Её ключевым компонентом является позаимствованный у одноклеточных фермент Cas9, которым управляет короткий фрагмент генетического кода – РНК-гид. Последний указывает на нужный участок ДНК, и цепочка разрезается в этом месте. Из-за принципа работы такой инструмент часто называют "молекулярными ножницами".

Но порой для нужных манипуляций с генами единичных надрезов недостаточно. Поэтому учёные из Мичиганского университета разработали новую методику "измельчения" ДНК, прозванную "шредером".

Вместо фермента Cas9 команда использовала его "собрата" – фермент из того же семейства под названием Cas3. Исследователи поясняют, что этот фермент отличается прекрасным "аппетитом": с помощью программируемого нацеливания он измельчает длинные фрагменты ДНК в клетках человека.

Отмечается, что Cas3 является CRISPR-ферментом типа I. Он гораздо чаще встречается у бактерий, чем ферменты типа II, например, тот же Cas9. Но это фактически первый случай, когда фермент типа I используется вне бактерии-хозяина.

В ходе испытаний исследователи доставляли "ДНК-шредер" в эмбриональные стволовые клетки человека, а также в клетки под названием HAP1. Это своего рода модельный тип клеток, который используется для биомедицинских и генетических исследований. Клетки HAP1 имеют одну копию почти каждой хромосомы и меньший размер, чем средняя человеческая клетка. Они происходят из линии раковых клеток, поэтому способны делиться бесконечно.

При помощи нового инструмента учёным удалось измельчить целевые последовательности ДНК длиной от нескольких сотен пар оснований до невероятных ста тысяч (одну тысячу пар оснований называют килобазой).

"Cas3 направляется туда, куда вам нужно, путешествует по хромосоме и создаёт спектр делеций длиной в десятки килобаз. Это может сделать его мощным скрининговым инструментом для определения того, какие большие области ДНК наиболее важны для конкретного заболевания", – говорит руководитель исследования Янь Чжан (Yan Zhang).

По её мнению, новый "ДНК-шредер" открывает удивительные возможности для лабораторных исследований. Этот инструмент поможет учёным понять, какие изменения происходят при удалении тех или иных обширных участков ДНК.

Кроме того, в будущем можно будет лишить Cas3 умения уничтожать ДНК, и "обезвреженный" фермент, способный путешествовать в хромосомах на дальние расстояния, послужит для адресной доставки эпигенетических лекарств.

При этом отмечается, что Cas3 более точен, чем другие ферменты CRISPR. Объясняется это тем, что фермент имеет более длинную направляющую последовательность РНК и хорошо "различает" этапы поиска своей цели и её уничтожения, а значит, его проще контролировать.

Подробнее о новой разработке рассказывается в научной статье, опубликованной в журнале Molecular Cell.

Напомним, что ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других перспективных ферментах, которые могут составить конкуренцию Cas9. Один из них претендует на звание нового "главного редактора" генов, другие используются в инновационных диагностических CRISPR-тестах.