Новый класс CRISPR расширяет инструментарий генной инженерии
Биоинженеры из Университета Дьюка использовали ранее неисследованную CRISPR-технологию для точной регуляции и редактирования геномов в человеческих клетках.
В исследовании, опубликованном 23 сентября в Nature Biotechnology, Чарльз Герсбах и Адриан Оливер впервые успешно применили системы CRISPR Класса 1 для включения и выключения целевых генов и редактирования эпигенома в человеческих клетках.
- CRISPR-Cas9, самый распространённый сегодня инструмент редактирования генома, относится к Классу 2. Эти системы проще, так как используют всего один белок Cas для нацеливания и разрезания ДНК.
- Системы Класса 1 составляют почти 90% всех CRISPR-систем бактерий в мире. Они сложнее и полагаются на комплекс из нескольких белков под названием Cascade (CRISPR-associated complex for antiviral defense). После связывания с ДНК Cascade привлекает белок Cas3, который её разрезает.
В эксперименте Оливер присоединила активаторы генов к определённым сайтам комплекса Cascade типа I из E. coli и нацелила систему на промоторы генов. Без белка Cas3 разрезания ДНК не происходило. Cascade-активатор точно связывался с нужным сайтом и повышал уровень экспрессии целевого гена с точностью и специфичностью, сравнимой с CRISPR/Cas9.
Используя Cascade-комплексы из другого штамма бактерий, исследователи также показали, что домен-активатор можно заменить на репрессор, чтобы выключать гены.
«Мы обнаружили, что структура Cascade невероятно модульна, что позволяет присоединять активаторы или репрессоры в различных местах. Гибкая природа Cascade делает её перспективной технологией для генной инженерии», — сказала Адриан Оливер.
Работу над более сложными системами Класса 1 вдохновили коллабораторы из Университета Северной Каролины, профессора Родольф Баррангу и Чейз Байзел, которые изучали естественную биологию разнообразных CRISPR-систем и работали с Классом 1 в микроорганизмах.
Команда надеется, что их исследование стимулирует новые работы с системами Класса 1, которые пока составляют неисследованные 90% CRISPR-систем в природе.
Будущие направления включают изучение отличий Класса 1 от Класса 2 и их потенциальной пользы для биотехнологий, а также исследование возможностей решения общих проблем CRISPR-Cas, таких как иммунный ответ на белки Cas и одновременное использование нескольких типов CRISPR для разных функций.