Двойная функция: новая стратегия CRISPR-Cas9 редактирует гены двумя способами

CRISPR-Cas9 — это революционный инструмент для редактирования генома, позволяющий модифицировать конкретные последовательности ДНК. Белок Cas9 действует как молекулярные ножницы, разрезая ДНК. В последнее время учёные также используют модифицированные варианты Cas9 для регуляции генов, чтобы обратимо включать или выключать их.

Обе задачи — редактирование и регуляция — начинаются с одного шага: белок Cas9 находит целевой ген с помощью направляющей РНК (guide RNA). Однако до сих пор для этих задач требовались разные варианты Cas9: для редактирования — нативный белок с функцией разрезания ДНК, для регуляции — инженерные варианты с «удалёнными клыками» (без активности разрезания), но сохраняющие способность связываться с ДНК. Последние часто сращивают с белками, регулирующими экспрессию генов.

Новый подход, разработанный исследователями под руководством Джорджа Чёрча (Гарвард) и Рона Вайса (MIT), позволяет выполнять обе задачи с помощью одного типа Cas9. Это увеличивает сложность функций редактирования и общий контроль над генами. Метод открывает новые возможности для понимания болезней и механизмов действия лекарств. Результаты опубликованы 7 сентября в Nature Methods.

Ключевым в их стратегии стало открытие, что длина последовательности направляющей РНК критически определяет, будет ли Cas9 только связываться с ДНК или также разрезать её.

«Мы решили систематически проверить, почему слишком сильное укорочение направляющих РНК приводит к тому, что Cas9 перестаёт разрезать намеченный участок генома», — сказал Алехандро Чавес, соавтор исследования.

Команда подтвердила на человеческих клетках, что более короткие направляющие РНК действительно не позволяют Cas9 разрезать целевой ген. К их удивлению, короткие РНК не мешали Cas9 эффективно связываться с мишенью. Это открывает возможность присоединять к Cas9 белки-регуляторы для доставки к конкретным генам.

«Используя открытые нами принципы работы направляющих РНК, мы теперь впервые можем переключать одну и ту же белковую систему для прямого контроля как над последовательностями генов, так и над их экспрессией», — сказал Джордж Чёрч.

«Эта новая функциональность улучшит нашу способность расшифровывать сложные взаимосвязи между взаимозависимыми генами, ответственными за многие заболевания», — отметила Марселл Таттл, соавтор исследования.

Результаты также могут быть использованы для крупномасштабного метаболического производства химикатов и топлива с помощью генетически модифицированных бактерий (например, E. coli), одновременно защищая этих «микробных работников» от инфекций.