В двух последовательных исследованиях, опубликованных в журнале Nature, исследователи из Университета Пердью и Колумбийского университета сообщают о естественной эволюционировавшей системе редактирования генов, способной активировать гены, что дает ей преимущество перед существующими системами редактирования генов CRISPR, которые просто находят и разрезают ДНК.
Исследование включает в себя два взаимодополняющих исследования: одно изучает биологическую функцию системы, а другое раскрывает молекулярный механизм, обеспечивающий ее работу.
Исследование командой варианта системы редактирования генома CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – это короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) расширяет понимание естественного разнообразия CRISPR и закладывает основу для новых технологий регуляции генов.
Поскольку этот вариант CRISPR активирует гены без разрезания ДНК, его можно адаптировать для точного контроля генов, включая исследовательские инструменты и потенциальные терапевтические стратегии, которые включают гены без необратимого изменения генома.
Одно исследование показывает, что эта система CRISPR, используя нить РНК в качестве направляющей, находит определенные участки ДНК, известные как гены, и привлекает собственный механизм экспрессии генов клетки к этому месту для активации гена. Второе исследование объясняет, как молекулярный комплекс выполняет эту задачу, раскрывая, как его структура позволяет ему привлекать РНК-полимеразу — фермент, ответственный за транскрипцию ДНК в РНК, — для инициирования экспрессии гена.
Ученые использовали сочетание криоэлектронной микроскопии и биохимических экспериментов для выявления структурной и механистической основы этой системы активации генов, управляемой РНК.
Используя криоэлектронную микроскопию, исследователи визуализировали мультибелковый комплекс с разрешением, близким к атомному, показав, как РНК-направляющая направляет комплекс к определенной последовательности ДНК и позиционирует его для взаимодействия с транскрипционным аппаратом клетки. Биохимические эксперименты дополнительно продемонстрировали, как это взаимодействие запускает активацию генов.
«В традиционном методе CRISPR РНК направляет комплекс к целевой ДНК, чтобы разрезать её. Здесь же РНК по-прежнему направляет комплекс к цели, но вместо разрезания ДНК она задействует транскрипционный аппарат клетки для активации экспрессии генов. Это как переход от молекулярных ножниц к управляемому GPS-навигатором переключателю активации», — пояснил один из ведущих авторов работы д-р Чанг.
Исследования также показывают, что эта система может активировать транскрипцию даже в тех участках генома, где отсутствует своего рода генетический маркер, известный как промоторная последовательность, которая обычно необходима для начала экспрессии гена. Полученные результаты подчеркивают перспективные пути оптимизации систем CRISPR, демонстрируя возможность для контроля активности генов, а не для разрезания ДНК.
«Наша цель — понять фундаментальные механизмы молекулярных машин, управляемых РНК, — сказал Чанг. — Определив, как эти системы работают на молекулярном уровне, мы сможем заложить основу для более безопасных и универсальных технологий генной инженерии».
Источник: Purdue University. Автор: Алиша Уиллетт.
