изследване

CRISPR стана по-силен, благодарение на "ключа"

С всичките си невероятни възможностиредактиране на ген, механично CRISPR наподобява електроинструмент със счупен прекъсвач. Само си помислете: целият механизъм на CRISPR е изграден в епруветка и след завършване винаги е активен, включен и работи. След като се запознае с животни или хора, CRISPR започва да се скита по цялото тяло в търсене на целевия ген, който трябва да бъде редактиран или унищожен, докато не загуби своята сила и се абсорбира от тялото.

Отслабване на молекулярния контролЕлектроинструментът очевидно не е идеалното решение: той може да се прекали и да разбие нецелевите гени. И ако нещо се обърка, няма незабавен начин да се изключи механизма, преди той да причини щети.

В началото на този месец екип от КалифорнияУниверситетът в Бъркли се опита да укроти звяра CRISPR. Използвайки кръгова пермутационна техника, екипът реорганизира CRISPR в ProCas9 програмируем инструмент, който е тихо скрит в клетките, докато външните фактори го събудят - например, вирусна инфекция.

Това „допълнително ниво на сигурност“ ограничава уменията за редактиране на CRISPR до подгрупа от клетки „за прецизно рязане“, казва авторът на изследването д-р Дейвид Савидж.

Освен това ProCas9 може потенциалноотговарят на логически входове, като „и“ или „не“, което означава, че ще се активира само ако следвате определен набор от инструкции - например „тази клетка е ракова“ или „тази клетка е заразена“ ще доведе до отговор „даря клетка“ , който активира CRISPR и му инструктира да отреже гените, необходими за оцеляване. Изследването е публикувано в престижното списание Cell.

Поемете контрола върху CRISPR

Нека го освежим малко: CRISPR, като инструмент за редактиране на ген, всъщност е молекулен дует. Първата част, насочваща РНК, е малки кървави хрътки, които търсят целеви ген.

Веднага щом генът бъде заловен, вторият компонент - Cas9- активиран за рязане. За разлика от водещите РНК, които се състоят от генетични букви, Cas9 е протеин. Именно с този компонент учените от Бъркли решиха да играят.

„Общата цел на нашата работа е да укротим и да използваме хората и да премахнем ненужните неща, които не са свързани с редактирането на генома“, казва Савидж.

Какво може да се направи с протеин? Представете си много дълга верига от номерирани топки (аминокиселини), смачкани в сложна триизмерна структура. Нарежете веригата и можете да реорганизирате мънистата така, че позицията им на нишката да е различна от оригиналната и да ги поставите в възел или два, когато свържете протеиновата нишка.

Това е по същество екипът. Този трик се нарича "кръгова пермутация" и трансформира оригиналния протеин, така че той има ново начало и край - и се развива в друга форма. Това е огромна операция на молекулярно ниво, която обикновено разрушава функцията на протеина.

Авторите казват, че не са сигурни, че ще работи с нещо толкова сложно като Cas9.

Изненадващо, Cas9 беше почти тест. Екипът се опитал да го отреже на няколко точки, преди да намери съкращения, които запазиха функцията на протеина, но в 10% от случаите повторно сглобеният Cas9 работеше почти същото като оригинала.

Тук има една умна точка: при повторното свързване на протеиновите нишки, екипът се вмъкна в молекулярната „порта“ - малък линкер - който блокираше способността за рязане на Cas9, ако самият линкер не беше счупен.

Какво разби веригите? Набор от ензими, наречени протеази.

Чувствителен към протеаза линкер

Представете си протеази като малки ножицикатерици, които плуват в тялото. Цялото им семейство: добрите ни помагат да усвояваме пържоли и боб. Но има и лоши. Раковите клетки, например, изпомпват собствените си "зли" протеази, които разкъсват околните тъкани, насърчавайки техния растеж. Вирусите могат също да секретират вирусни протеази, което често е необходимо за тяхното проникване в множество клетки и тъкани. Зика и денга са сред онези, които използват протеази като оръжия, а протеазите от растително-инфектиращи вируси помагат за оскверняване на картофите и другите култури.

Но протеазите не се режат по желание. По-скоро, всеки от тях е предназначен само за малък брой аминокиселинни последователности - „пощенски кодове“, които разпознава и отрязва.

Това означава, че екипът може да постависпецифичен пощенски код, съответстващ на специфична протеаза - например, от ракови клетки - за реорганизиране на Cas9 протеин като линкер. По този начин, линкерът ще бъде отрязан само в клетки, които имат тази специфична протеаза, и следователно ще бъдат включени само в тези клетки. В зависимост от ръководството РНК, екипът може да проектира активиран CRISPR, за да отреже гените, необходими за оцеляване, и по този начин да убие раковата клетка.

В този смисъл, новите протеини на Cas9, наречени ProCas9 („pro“ поради „протеаза“), се превръщат в малки шпионски машини, които след активиране стават смъртоносни.

Алтруист убиец

За да тестват концепцията, учените представили инфектираните с Zika клетки на новите си ProCas9, снабдени с РНК водачи, обучени да откриват гени, които поддържат клетъчния живот.

Само за една седмица новата система CRISPR унищожи заразените клетки като „алтруистична защита“. Здравите клетки останаха живи и непокътнати.

Това показа, че системата остава спокойна в мирно време, ограничавайки по този начин геномните щети на домакините, твърдят авторите.

В някои експерименти ProCas9 работи също толкова добре, жертвайки клетки, заразени с вируса на Западен Нил.

„Въпреки че това е много рано потвърждение на концепцията,тя показва идеята, че тя може да бъде синтетична имунна система, ”казва авторът на изследването Бенджамин Оукс. "Създадохме протеин, който открива скрита заплаха, която може да бъде програмирана за нищо."

Малко вероятно е новата система CRISPR да се намеси в нашатаимунната система. Друго предимство на пренареждането на протеините е, че новите му краища носят по-добри натоварвания, като други ДНК-модифициращи ензими или индикатори, които светят на тъмно.

Като че ли Cas9 има нова суперсила, коятони позволява да следим къде е белтъкът в клетката или да променяме експресията на определени гени, вместо директно да разваляме генетичния материал.

Отборът от Бъркли вече е предвидил няколкослучаи на употреба. ProCas9 ще бъде полезен за молекулярно скриниране или откриване на лекарства. Или, тя може да ограничи рязането на ДНК към определени клетки “след пълното доставяне на редактиращия комплекс към целевата тъкан или орган”, което значително ще увеличи профила на безопасност на инструмента, особено в клиничните условия.

Но най-интересното за всичко това е, че не го правимса свързани с механизма на CRISPR, който ни е дал природата. Тези протеини могат да бъдат внимателно оптимизирани и поставени в скелета, които не се срещат в природата, но имат необходимите свойства за използване в човешки клетки, изследвания или лечение, казва Савидж.

И какви ползи виждате за новия инструмент? Разкажете ни за това в нашия чат. в телеграма.