CRISPR-GO: новая технология для перестройки генома в пространстве
Исследователи из Стэнфордского университета модифицировали технологию редактирования генов CRISPR-Cas9, чтобы манипулировать геномом в трехмерном пространстве и перемещать определенные участки ДНК в разные области клеточного ядра.
Новый метод, названный CRISPR-genome organization (CRISPR-GO), использует модифицированный белок CRISPR для реорганизации генома в трех измерениях. Если обычный CRISPR — это молекулярные ножницы, то CRISPR-GO — это молекулярный пинцет, который захватывает конкретные участки генома и перемещает их в новые места внутри ядра. Это не просто физическое перемещение: смена расположения генетических элементов может изменить их функцию.
Исследование проливает свет на то, как пространственная организация генома в ядре управляет общей функцией клетки.
«CRISPR-GO дает возможность нацеливаться, перемещать и перераспределять очень специфичные участки ДНК и наблюдать, как их новое положение в ядре меняет их функцию», — сказал Стэнли Ци, старший автор исследования.
В доказательном исследовании Ци изучил три различные субобласти ядра с помощью CRISPR-GO, проверяя гипотезу: ведут ли себя гены по-разному в разных зонах ядра?
Данные показали, что специфические компартменты и некоторые свободно плавающие белковые тела в ядре могут влиять на функцию перемещенной ДНК. В зависимости от локации:
- Одни области ядра подавляют экспрессию генов.
- Другие ускоряют рост теломер и, как следствие, деление клеток.
- Одно белковое тело может обладать способностью подавлять образование опухоли.
Исследование будет опубликовано 11 октября в журнале Cell.
Как работает CRISPR-GO
CRISPR-GO — первый инструмент, позволяющий целенаправленно вмешиваться в пространственную организацию генома. Ученые отключили «режущий» механизм CRISPR-Cas9, превратив его в систему доставки.
Технология состоит из трех ключевых элементов:
- «Адрес» цели — участок ДНК, который нужно переместить (нацеливается с помощью направляющей РНК).
- «Адрес назначения» — конкретная область в ядерном компартменте, куда нужно переместить хроматин.
- «Мост» — катализатор, который запускает слияние целевой ДНК с ее новым местом в ядре.
Разное место — разная функция
Ученые исследовали три области ядра:
- Тело Кахаля (Cajal body): при перемещении гена в этот белково-РНКовый комплекс экспрессия белка прекращалась. Это первое прямое доказательство того, что тело Кахаля может играть роль в репрессии транскрипции.
- Периферия ядра: перемещение теломер (защитных «колпачков» хромосом) из центра к краю ядра останавливало их рост, что прерывало клеточный цикл. Обратный эффект наблюдался при сближении теломер с телом Кахаля — их рост усиливался.
- Тело промоєлоцитарного лейкоза (promyelocytic leukemia body): известно, что этот белковый комплекс подавляет проопухолевые гены. Ученые планируют проверить, может ли его целенаправленное размещение рядом с онкогенами помочь в подавлении образования опухоли.
«Еще одно уникальное преимущество CRISPR-GO в том, что мы можем отслеживать взаимодействия между хроматином и ядерными компартментами в реальном времени под микроскопом», — отметил ведущий автор работы Хайфен Ван.
Исследование находится на начальной стадии. Предстоит выяснить, почему эти эффекты, зависящие от местоположения, происходят в конкретных ядерных компартментах.