kutatás

A CRISPR erősebb lett a "switch" -nek köszönhetően.

Minden csodálatos képességévelgénszerkesztés, mechanikusan a CRISPR egy elektromos szerszámra hasonlít egy törött kapcsolóval. Gondoljunk csak: az egész CRISPR-mechanizmust egy kémcsőben építették fel, és befejezése után mindig aktív, be van kapcsolva és működik. A CRISPR az állatoknak vagy az embereknek való bemutatás után elkezd kanyarogni az egész testen a célgén keresésekor, amelyet addig kell szerkeszteni vagy megsemmisíteni, amíg el nem veszik az erejét, és a szervezet felszívódik.

A molekuláris kontroll gyengüléseEgy elektromos szerszám nyilvánvalóan nem tökéletes megoldás: túlzásba hozhatja és megszakíthatja a nem célgéneket. És ha valami baj van, nincs közvetlen módja annak, hogy kikapcsolja a mechanizmust, mielőtt kárt okozna.

A hónap elején egy csapat KaliforniábólA Berkeley-i Egyetem megpróbálta megragadni a CRISPR állatot. A körkörös permutációs technikával a csapat a CRISPR-et a ProCas9 programozható eszközvé alakította át, amely csendben rejtve van a sejtekben, amíg a külső tényezők nem ébrednek fel - például vírusos fertőzés.

Ez a „extra szintű biztonság” korlátozza a CRISPR szerkesztési készségeit a „pontos vágás érdekében” a cellák egy részhalmaza számára, mondja Dr. David Savage.

Ezenkívül a ProCas9 potenciálisanreagáljon a logikai bemenetekre, mint például „és” vagy „nem”, ami azt jelenti, hogy csak akkor fog aktiválni, ha egy bizonyos utasítássorozatot követ el - például „ez a sejt rákos” vagy „ez a sejt fertőzött” a válasz „adományoz egy cellát” , amely aktiválja a CRISPR-t és utasítja, hogy vágja le a túléléshez szükséges géneket. A tanulmány a Cell neves folyóiratban jelent meg.

Ellenőrizze a CRISPR-et

Frissítsünk egy kicsit: A CRISPR, mint génszerkesztő eszköz valójában egy molekuláris duett. Az első rész, az RNS irányítása, apró véres kutyák, amelyek célgént keresnek.

Amint a gént megfogják, a második komponens - Cas9- a vágáshoz aktiválva. A genetikai betűkből álló irányító RNS-ekkel ellentétben a Cas9 fehérje. Ezzel a komponenssel a Berkeley tudósai úgy döntöttek, hogy játszanak.

„Munkánk széleskörű célja az emberhasználat és az emberhasználat megszüntetése, valamint a nem genomszerkesztéssel kapcsolatos szükségtelen dolgok eltávolítása” - mondja Savage.

Mit tehetünk fehérjével? Képzeld el, hogy a számozott golyók (aminosavak) egy nagyon hosszú láncát összetett háromdimenziós struktúrává összegyűjtöttük. Vágja le a láncot, és képes legyen újraszervezni a gyöngyöket úgy, hogy a szálon lévő pozíciója eltér az eredeti szálától, és helyezze őket csomóba vagy kétbe, amikor újra csatlakoztatja a fehérjét.

Ez lényegében a csapat volt. Ezt a trükköt „körkörös permutációnak” nevezzük, és az eredeti fehérjét úgy alakítjuk át, hogy új kezdete és vége legyen - és más formává alakul. Ez egy hatalmas molekuláris szintű művelet, amely rendszerint elpusztítja a fehérje működését.

A szerzők azt mondják, hogy nem voltak biztosak abban, hogy valami komplexummal működne, mint a Cas9.

Meglepő módon a Cas9 szinte egy teszt volt. A csapat megpróbálta több pontra vágni, mielőtt megállapította a fehérje funkcióját megtartó vágásokat, de az esetek 10% -ában az összeszerelt Cas9 majdnem ugyanaz volt, mint az eredeti.

Itt van egy intelligens pont: a fehérje szálak újracsatlakozásakor a csapat a molekuláris „kapuba” - egy kis linkerbe - csúszott, amely megakadályozta a Cas9 vágási képességét, ha maga a linker nem törött.

Mi törte meg a láncokat? Egy sor enzim, amelyet proteázoknak nevezünk.

Proteaztérzékeny linker

Képzeld el, hogy a proteázok apró ollósakmókusok, amelyek a testben úsznak. Az egész családjuk: a jóak segítenek a steakeket és a babokat emészteni. De vannak rossz. A rákos sejtek például kiszivárogják a saját "gonosz" proteázjaikat, amelyek feldarabolják a környező szöveteket, elősegítve növekedésüket. A vírusok vírusos proteázokat is kiválthatnak, amelyek gyakran szükségesek több sejtbe és szövetbe való behatolásukhoz. A Zika és a dengue azok közé tartoznak, akik fegyverként használják a proteázokat, és a növényi fertőző vírusok proteázai segítenek a burgonya és más növények megfertőzésére.

De a proteázok nem vágódnak el. Inkább mindegyikük csak egy kis számú aminosav-szekvencia - „zip kódok” - számára készült, amelyeket felismer és vág.

Ez azt jelenti, hogy a csapat el tudja helyezniegy specifikus ZIP kód, amely egy specifikus proteáznak felel meg - például a ráksejtekből - a Cas9 fehérje reorganizálására linkerként. Így a linkert csak olyan sejtekben vágjuk le, amelyeknek ez a specifikus proteázja van, és ezért csak ezekben a sejtekben fognak részt venni. A vezető RNS-től függően a csapat kialakíthat egy aktivált CRISPR-t a túléléshez szükséges gének csökkentésére, és ezáltal a rákos sejt megölésére.

Ebben az értelemben az új Cas9 fehérjék, az úgynevezett ProCas9 („pro” a „proteáz” miatt) apró kémgépekké alakulnak, amelyek az aktiválás után halálossá válnak.

Altruist gyilkos

A koncepció teszteléséhez a tudósok bemutatták a Zika-fertőzött sejteket az új ProCas9-hez, amelyek RNS-útmutatókkal vannak ellátva, és kiképzettek a sejtek életét támogató gének megtalálására.

Csak egy hét múlva az új CRISPR rendszer elpusztította a fertőzött sejteket, mint „altruista védelmet”. Az egészséges sejtek életben maradtak és épek maradtak.

Ez azt mutatta, hogy a rendszer nyugodt maradt a béke idején, ezáltal korlátozva a gazda által okozott károsodást, a szerzők szerint.

Néhány kísérletben a ProCas9 ugyanolyan jól működött, és feláldozta a Nyugat-Nílus vírussal fertőzött sejteket.

„Bár ez a koncepció nagyon korai megerősítése,azt mutatja, hogy ez lehet egy szintetikus immunrendszer ”- mondja Benjamin Oaks tanulmány szerző. "Létrehoztunk egy olyan fehérjét, amely egy rejtett fenyegetést észlel, amit bármit meg lehet programozni."

Az új CRISPR rendszer nem valószínű, hogy zavarja a miimmunrendszer. A fehérje átrendeződésének másik előnye, hogy új végei jobban hordják a terhelést, mint például más DNS-módosító enzimek vagy a sötétben izzó indikátorok.

Mintha Cas9 új szuperhatalmat kapna, amilehetővé teszi számunkra, hogy nyomon kövessük a sejtben lévő fehérjét, vagy megváltoztassuk bizonyos gének expresszióját ahelyett, hogy közvetlenül rontanánk genetikai anyagunkat.

A Berkeley csapata már néhányat biztosítottesetekben. A ProCas9 hasznos lesz a molekuláris szűréshez vagy a gyógyszerek felfedezéséhez. Vagy korlátozhatja a DNS vágását bizonyos sejtekhez „a szerkesztési komplex teljes célba juttatása után a célszövetre vagy szervre”, ami jelentősen növeli a műszer biztonsági profilját, különösen klinikai környezetben.

De ez a legérdekesebb dolog az, hogy nemkötődnek a CRISPR mechanizmushoz, amelyet a természet nekünk biztosított. Ezek a fehérjék gondosan optimalizálhatók és elhelyezhetők olyan állványokban, amelyek nem találhatók meg a természetben, de rendelkeznek a szükséges tulajdonságokkal az emberi sejtekben, a kutatásban vagy a kezelésben, mondja Savage.

És mit használ az új eszköz? Beszéljen velünk erről a csevegésünkről. a Telegramban.