Исследование точности белковой "машины" Cas9: основа для будущих открытий
Белок Cas9, программируемый молекулой РНК для точного разрезания, вставки и включения/выключения конкретных генов, рассматривается как ключ к новым методам лечения генетических заболеваний. Однако для его безопасного применения необходимо полностью понимать, как он работает и насколько точен.
Группа под руководством профессора Гарварда Дэвида Р. Лю и профессора Калифорнийского университета в Беркли Дженнифер Дудны провела исследование, чтобы создать детальный «профиль специфичности» Cas9. Цель — выяснить, насколько точно Cas9 находит запрограммированную мишень в ДНК и насколько подвержен воздействию на похожие «ложные» последовательности (офф-таргеты). Работа опубликована в Nature Biotechnology.
«Способность манипулировать структурой наших геномов может оказать глубокое влияние на здоровье человека. Но прежде чем давать пациенту лечение, изменяющее его гены, нужно быть уверенным, что оно не вызовет непреднамеренных эффектов в другом месте. Разница между разрезанием целевого и нецелевого сайта может означать лечение болезни или запуск развития рака», — пояснил Дэвид Лю.
Как работает система Cas9?
Система зародилась как часть иммунитета бактерий. В лаборатории её используют так:
- Исследователи находят уникальный участок ДНК длиной 20–23 пары оснований.
- Создают «направляющую» РНК, комплементарную только этому участку.
- Комплекс Cas9/РНК находит мишень и выполняет свою функцию (разрез, активация или подавление гена).
Ключевые вопросы и результаты исследования
Учёные задались вопросом: будет ли Cas9 действовать на участки ДНК, отличающиеся от целевого всего на 1, 2 или 4 основания?
Основные выводы:
- Вся последовательность направляющей РНК важна для точного наведения Cas9.
- Допустимость ошибок (несовпадений) варьируется в зависимости от целевого сайта в геноме и от позиции несовпадения в последовательности РНК.
- Наиболее важный вывод: повышение концентрации Cas9 и изменение архитектуры РНК для увеличения активности системы приводит к снижению её точности.
«Ключевой вывод заключается в том, что существует компромисс между активностью и специфичностью. Это важный урок: улучшая активность [инструмента], нужно убедиться, что мы не создаём новых эффектов офф-таргетного разрезания», — отметил Лю.
Значение для будущего
Это исследование подчёркивает необходимость крайней осторожности при разработке геномных терапий, так как Cas9 может воздействовать и на последовательности с несколькими несовпадениями. Сейчас учёные, включая команду Лю, работают над созданием инженерных версий Cas9 (а также цинковых пальцев и TAL-эффекторов), которые будут ещё точнее, чем природная система. Детальное понимание принципов специфичности Cas9 станет основой для его безопасного использования в исследованиях и будущей медицине.