Новая технология CRISPR нацелена на сложный код генома человека

Исследователи из Университета Райса создали новый инструмент для редактирования генома, который с высокой точностью нацеливается на специфические гистоны — эпигенетические белки, упаковывающие ДНК и регулирующие экспрессию генов. Это открывает путь к новым методам лечения рака и других заболеваний.

Работа опубликована в открытом доступе в журнале Nature Communications.

Как это работает

  • Ученые запрограммировали модифицированный комплекс CRISPR/Cas9, названный dCas9-dMSK1. Он состоит из деактивированного белка dCas9 и "гиперактивной" человеческой гистоновой киназы dMSK1.
  • В отличие от стандартного CRISPR/Cas9, который разрезает ДНК, новая система не разрезает последовательности. Вместо этого фермент dMSK1 фосфорилирует (добавляет фосфорильную группу) целевой гистон в заданном месте, активируя близлежащие гены.
  • Ранее ни одна технология эпигеномного редактирования не позволяла контролировать фосфорилирование гистонов с сайт-специфичностью.

Научное значение

  • Гистоны, формирующие нуклеосомы ("бусины на нити" ДНК), несут множество химических модификаций, которые регулируют доступ к генам. Это формирует так называемый "гистоновый код".
  • "Одна из загадочных модификаций — фосфорилирование. Мы стремились лучше понять механизм, с помощью которого оно может быстро включать и выключать гены человека", — пояснил биоинженер Исаак Хилтон.
  • Ведущий автор Цзин Ли с помощью нового инструмента подтвердила, что химические модификации на гистонах взаимодействуют друг с другом в конкретных участках генома, что связано с включением гена.

Практические результаты

  • Используя dCas9-dMSK1, исследователи обнаружили новые гены и пути, важные для лекарственной устойчивости.
  • Цзин Ли идентифицировала три гена, ранее связанных с устойчивостью меланомы к препаратам, и семь новых генов, связанных с такой устойчивостью.
  • Долгосрочная цель — научиться нацеливаться на широкий спектр других гистоновых меток для расшифровки "гистонового кода".

"Внедрение таких технологий в клиническую практику — долгий процесс, — добавил Хилтон. — Но инструменты вроде этого — первый шаг, который может проложить путь к пониманию того, как нормальные клеточные процессы, к сожалению, нарушаются при человеческих заболеваниях".

2021-02-09