Структура TnpB — минимальное ядро нуклеаз семейства Cas12

Международная группа учёных под руководством профессора Виргиниюса Шикшниса из Центра наук о жизни Вильнюсского университета (VU LSC) в сотрудничестве с группой профессора Гильермо Монтойи из Центра исследований белков Novo Nordisk Foundation (CPR) Копенгагенского университета определила структуру TnpB с помощью криоэлектронной микроскопии.

Статья "TnpB structure reveals the minimal functional core of Cas12 nuclease family" опубликована в журнале Nature.

Проблема доставки CRISPR-Cas

Программируемые нуклеазы CRISPR-Cas, такие как Cas9 или Cas12 (генетические ножницы), произвели революцию в редактировании генома. Однако их крупный размер ограничивает доставку в целевые клетки с помощью адено-ассоциированных вирусов (AAV), уже применяемых в генной терапии.

Открытие TnpB

В предыдущей работе в Nature учёные VU LSC открыли новый класс программируемых нуклеаз — TnpB, ассоциированных с мобильными генетическими элементами (транспозонами). Они показали, что TnpB — самая маленькая из известных программируемых нуклеаз, способная к эффективному редактированию генов, но её структура и механизм оставались неизвестными.

Новое исследование: структура и механизм

В текущем исследовании с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) были определены тернарные структуры TnpB. Структурные и биохимические исследования объяснили, как эти "ножницы" точно распознают и разрезают ДНК-мишень.

Ключевые выводы:

  • Длинная молекула РНК, связанная с белком TnpB, формирует сложную трёхмерную структуру. Она не только помогает распознать цель в ДНК, но и контролирует активность разрезания.
  • Сравнительный анализ структур и биоинформатический анализ показали, что TnpB является эволюционным предшественником семейства нуклеаз Cas12 и формирует их структурно-функциональное ядро.

Значение работы

Профессор В. Шикшнис отмечает, что исследование раскрыло структуру и механизм TnpB, что создаёт основу для целенаправленной инженерии этого комплекса и его превращения в терапевтический инструмент для лечения генетических заболеваний.

Успех работы определили:

  1. Актуальный объект исследования.
  2. Междисциплинарное сотрудничество биохимиков, молекулярных биологов, биоинформатиков VU LSC и коллег из NNF-CPR.
  3. Возможность провести исследование в Литве на криоэлектронном микроскопе, доступном в VU LSC.
2023-05-04