Исследователи из Копенгагенского университета (Дания) во главе с испанским исследователем Гильермо Монтойей обнаружили, как Cpf1, новые молекулярные ножницы, распаковывают и расщепляют ДНК. Этот член семейства CRISPR-Cas демонстрирует высокую точность, способную действовать как GPS, чтобы идентифицировать его назначение в сложной карте генома. Высокая точность Cpf1 улучшит использование этого типа технологий для восстановления генетического ущерба и других медицинских и биотехнологических применений.
Представление белка Cpf1 в комплексе с его целевой РНК и ДНК-мишенью. Определение его структуры при высоком разрешении позволило выявить modus operandi этого инструмента для генной инженерии.
Научная команда из Центра исследований белков Novo Nordisk (NNF-CPR) в Копенгагенском университете преуспела в визуализации и описании того, как работает новая система редактирования генома, известная как Cpf1. Этот белок принадлежит к семейству Кас и обеспечивает расщепление двухцепочечной ДНК, что позволяет инициировать процесс модификации генома. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Гильермо Монтойя, исследователь в области биохимии и молекулярной биологии, который руководил исследованием, объясняет, что новые молекулярные ножницы «позволят нам более безопасно модифицировать и редактировать инструкции, написанные в геноме, из-за максимальной точности распознавание последовательности ДНК».
Система CRISPR Cas9 для вырезания и вставки геномных последовательностей уже используется для модификации геномов животных и растений. Также для лечения болезней, таких как рак и заболевания сетчатки, у людей и их применения растут очень быстро.
Рентгеноструктурная техника
Исследователи во всем мире пытаются улучшить эту технологию редактирования генома с целью сделать ее еще более точной и эффективной. Чтобы достичь этого, они также сосредоточились на других белках, которые специфически режут ДНК, таких как Cpf1, чья манипуляция может направить их в определенные места в геноме. Команда Монтойи достигла этого, используя рентгеновскую кристаллографию, чтобы расшифровать молекулярные механизмы, контролирующие этот процесс.
«Мы излучали кристаллы белка Cpf1 с помощью рентгеновских лучей, чтобы иметь возможность наблюдать его структуру при атомном разрешении, что позволяет нам видеть все его компоненты», — указывает соавтор этого исследования. «Дифракция рентгеновских лучей является одним из основных биофизических методов, используемых для выяснения биомолекулярных структур», — продолжает он.
По его мнению, «основное преимущество Cpf1 заключается в его высокой специфичности и режиме расщепления ДНК, так как можно создавать шахматные концы новыми молекулярными ножницами, а не тупоконечными разрывами, как в случае с Cas9, Что облегчает введение последовательности ДНК».
«Высокая точность этого белка, распознающего последовательность ДНК, на которой он будет действовать, функционирует подобно GPS, направляя систему Cpf1 в сложную карту генома, чтобы идентифицировать ее назначение. По сравнению с другими белками, используемыми для этой цели, Также очень универсален и легко перепрограммируется», добавляет Монтойя.
Генетические заболевания и опухоли
Эти свойства делают эту систему «особенно подходящей для ее использования при лечении генетических заболеваний и опухолей», — утверждает он.
Команда ранее работала с французской биотехнологической компанией Celletics по использованию мегануклеаз — других белков, которые можно переделать, чтобы разрезать геном в определенном месте — для лечения определенных типов лейкемии.
Новая технология «также может быть использована для модификации микроорганизмов с целью синтеза метаболитов, необходимых для производства лекарств и биотоплива», добавляет Монтойя.
Этот исследователь из Getxo (Бискайя, Испания) говорит, что в этой новой технологии заинтересованы многие компании. Они в основном из сектора биотехнологий в области манипуляции с микроорганизмами, но не могут быть названы в соответствии с соглашениями о конфиденциальности.
