Редизайн белка Cas9 сделал редактирование генов безопаснее

Одна из главных проблем применения CRISPR для редактирования генов у людей — это способность молекулярной машинерии иногда вносить изменения в неправильный участок генома. Это создаёт риск, что попытка исправить генетическую мутацию в одном месте может случайно создать опасную новую мутацию в другом.

Учёные из Техасского университета в Остине модифицировали ключевой компонент широко используемого инструмента для редактирования генов на основе CRISPR — белок Cas9. Новая версия в тысячи раз реже нацеливается на неправильный участок ДНК, сохраняя при этом такую же эффективность, что и оригинал, что потенциально делает её гораздо безопаснее. Исследование опубликовано в журнале Nature.

«Это действительно может стать переломным моментом для более широкого применения систем CRISPR-Cas в редактировании генов», — сказал Кеннет Джонсон, профессор молекулярных бионаук и соавтор исследования.

Новая версия, названная SuperFi-Cas9, в 4000 раз реже разрезает нецелевые участки, но работает так же быстро, как природный Cas9. Ранее созданные версии Cas9 с повышенной точностью достигали этого за счёт снижения скорости.

«SuperFi-Cas9 — это как беспилотный автомобиль, спроектированный так, чтобы быть чрезвычайно безопасным, но при этом способный развивать максимальную скорость», — пояснил постдок Джек Браво.

Как работает новый механизм безопасности

В природе Cas9 ищет в ДНК специфическую последовательность из 20 «букв». Ранее было известно, что иногда, даже если 3 последние буквы (позиции 18–20) не совпадают, Cas9 всё равно разрезает ДНК. Это называется несовпадением (mismatch).

Используя метод kinetics-guided structure determination и крио-электронную микроскопию, исследователи впервые увидели, что происходит в такой ситуации. Они обнаружили, что у Cas9 есть пальцевидная структура, которая при несовпадении в позициях 18–20 стабилизирует ДНК, заставляя белок «думать», что последовательность правильная.

«Это было то, чего я никогда, даже за миллион лет, не мог представить в своём сознании», — сказал доцент Дэвид Тейлор.

На основе этого открытия учёные изменили конструкцию этого «пальца». В новой версии он не стабилизирует ДНК с несовпадением, а, наоборот, отталкивается от неё, что предотвращает процесс разрезания. Так был создан SuperFi-Cas9.

Дальнейшие шаги

Пока что исследователи продемонстрировали работу SuperFi-Cas9 на ДНК в пробирке (in vitro). Сейчас они сотрудничают с другими группами для тестирования системы в живых клетках (in vivo). Также ведётся работа над созданием ещё более безопасных и активных версий Cas9.