Поиск CRISPR-швейцарского ножа
Учёные из Копенгагенского университета под руководством испанского профессора Гильермо Монтойи исследуют молекулярные особенности различных молекулярных ножниц системы CRISPR-Cas, чтобы пролить свет на так называемые «швейцарские ножи» редактирования генома. Исследовательская группа Монтойи визуализировала атомные структуры белков Cpf1 и Cas9, чтобы проанализировать их свойства и особенности, которые делают их идеальными для разных применений в генной модификации.
Команда профессора Монтойи из Центра исследований белков Novo Nordisk Foundation активно работает в этой области. Недавно команда получила молекулярную структуру комплекса CRISPR-Cpf1 после разрезания мишени. Этот белок из семейства Cas способен специфично расплетать и разрезать ДНК для инициации процесса модификации.
«Это свойство позволит нам редактировать инструкции, содержащиеся в геноме, более безопасным способом, поскольку Cpf1 распознаёт специфичную последовательность ДНК с более высокой точностью», — объясняет Монтойя.
Теперь в статье, опубликованной в Nature Structural & Molecular Biology, исследователи из датского учреждения проанализировали и сравнили внутреннюю работу этих молекулярных ножниц с CRISPR-Cas9 — революционной технологией, открытой Дженнифер Даудной и Эмманюэль Шарпантье в 2012 году, которая обеспечила дешёвое и простое редактирование ДНК.
Использование CRISPR-Cas9 для генетической модификации растений и животных уже идёт. Кроме того, эта технология внедряется в терапии человека при различных заболеваниях, таких как рак, и число её применений продолжает расти.
Рентгеновская кристаллография
С помощью биофизической техники, называемой рентгеновской кристаллографией, Монтойя и коллеги раскрыли высокоразрешающую структуру Cpf1 и Cas9, чтобы лучше понять их механизм работы, включая распознавание и разрезание мишени ДНК.
По словам молекулярного биолога, главный вывод исследования заключается в том, что «в зависимости от их молекулярных особенностей и желаемого результата после процесса редактирования (то есть, хотим ли мы инактивировать или вставить фрагмент ДНК в область генома), одни из этих молекулярных инструментов могут быть более подходящими, чем другие».
«При разрезании ДНК Cas9 генерирует тупые концы, что делает этот белок более подходящим для инактивации генов. В отличие от него, Cpf1 производит комплементарные «липкие» концы, что делает его более удобным для вставки фрагмента ДНК», — добавляет Монтойя.
Он подчёркивает: «Раскрытие детального аппарата этих сложных молекулярных скальпелей необходимо не только для понимания их механизма действия, но и для рационального проектирования более безопасных и эффективных инструментов редактирования генома, которые можно использовать в клинических или биотехнологических приложениях, а также в синтетической биологии».