CRISPR-Cas3 получил выключатели для повышения безопасности редактирования генома
CRISPR-Cas9, первая CRISPR-терапия на основе которой была одобрена FDA в декабре 2023 года для лечения серповидноклеточной анемии, — хорошо изученная система. Однако для потенциального терапевтического применения также перспективна более новая платформа Type I CRISPR или CRISPR-Cas3, способная делать крупные делеции ДНК.
Новое исследование под руководством Янь Чжан из Мичиганского университета и её коллег из Корнеллского университета разработало «выключатели» (off-switches) для повышения безопасности редактора Type I-C/Cas3. Работа опубликована в журнале Molecular Cell.
Принцип работы: анти-CRISPR белки
Используя «гонку вооружений» между бактериями и заражающими их вирусами (бактериофагами), команда создала выключатели из анти-CRISPR белков, которые фаги эволюционно выработали для противодействия бактериальному CRISPR-иммунитету.
Для Cas9 такие ингибиторы уже используются в экспериментах для снижения внецелевых эффектов (off-target), которые возникают, когда Cas9 действует на непреднамеренные участки генома. Это может приводить к нежелательным последствиям, например, повышать риск рака.
«При редактировании человеческого генома с помощью CRISPR-Cas9 предоставление белка-ингибитора может помочь смягчить внецелевые эффекты и повысить профиль безопасности», — сказала Чжан.
Открытие и механизм действия
Команда искала эффективный выключатель для высокоэффективной системы Cas3, ранее обнаруженной у бактерии Neisseria lactamica. Скрининг известных анти-CRISPR белков, описанных в литературе как ингибиторы других вариантов Cas3, выявил два кандидата — AcrIC8 и AcrIC9, — которые сильно подавляли активность Neisseria Cas3.
С помощью генетических, биохимических исследований и криоэлектронной микроскопии учёные определили механизм их действия на молекулярном уровне. Оба белка предотвращают связывание машины CRISPR-Cas3 с целевым сайтом ДНК, но используют для этого слегка разные механизмы.
«Увидеть это на атомном уровне... поистине удивительно. Они используют очень чёткую стратегию — конкурируют с ДНК за связывание с Cas-машиной, что является очень эффективным способом блокировать функцию Cas-белка», — отметила Чжан.
Доказательство концепции в человеческих клетках
Команда предоставила ключевое доказательство концепции: каждый из этих анти-CRISPR белков может служить выключателем для CRISPR-Cas3 в человеческих клетках. Они почти полностью блокируют две версии технологий на основе CRISPR-Cas3:
- Для крупной делеции генома.
- Для активации гена.
Это делает их первыми выключателями, разработанными для любого CRISPR-Cas3 редактора генов.
«Cas3 с выключателем был бы более безопасным способом инженерии генома», — заключила Чжан.
Её лаборатория планирует дальше разрабатывать CRISPR-Cas3-терапии для различных человеческих заболеваний, используя вновь открытые выключатели.