Ученые используют CRISPR для подавления матричных РНК на ранних стадиях развития
Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрс (Канзас-Сити, США) и Центра биологии развития Андалусии Университета Пабло де Олавиде (Севилья, Испания) применили технологию CRISPR для нацеливания на матричные РНК (мРНК) в ходе раннего развития позвоночных.
Нацеливание на мРНК вместо лежащих в их основе генов (ДНК) позволяет изучать гены, которые ранее было сложно или невозможно исследовать из-за их важности для жизни или критической роли на определенной стадии развития. Этот подход также позволяет воздействовать на материнские мРНК, которые содержатся в яйцеклетке и запускают самые ранние генетические программы.
Исследование, опубликованное 7 августа 2020 года в журнале Developmental Cell, демонстрирует использование технологии CRISPR-Cas для специфичного и систематического нацеливания на РНК в эмбрионах животных. Метод применим к широкому спектру водных и наземных моделей, включая рыбок данио, медаку, киллифиш и мышей.
«Захватывающая часть этого исследования — не только то, что мы обнаружили, но и то, что мы теперь можем делать», — говорит Ариэль Баццини, соавтор исследования. «Мы до сих пор не понимаем, как гены запускают самые ранние стадии развития. Теперь мы можем выяснить это, нацеливаясь на их матричные РНК одну за другой».
До начала развития эмбрион содержит не только собственный геном, но и компоненты, такие как РНК и белки, предоставленные матерью. Однако попытки систематически воздействовать на РНК у рыбок данио с помощью РНК-интерференции или морфолино не увенчались успехом или имели побочные эффекты.
Ученые адаптировали систему CRISPR-Cas13, которая состоит из направляющей РНК и фермента Cas13, разрезающего мРНК, комплементарные этой направляющей последовательности. Из четырех протестированных белков Cas13 только один — RfxCas13d — оказался эффективным и нетоксичным для эмбрионов данио.
Нацеливание CRISPR-RfxCas13d на мРНК гена tbxta, необходимого для формирования хвоста, привело к развитию бесхвостых эмбрионов. Система эффективно нацеливалась на различные РНК, как материнские, так и продуцируемые эмбрионом, снижая их уровень в среднем на 76%. Метод также сработал в эмбрионах киллифиш, медаки и мышей.
«Система CRISPR-RfxCas13d — это эффективный, специфичный и недорогой метод, который можно комплексно применять в эмбрионах животных», — говорит соавтор исследования Мигель А. Морено-Матеос.
Одной из фундаментальных задач, которые теперь можно изучать, является роль РНК в самые первые часы развития. Материнские РНК должны быть удалены точно в тот момент, когда активируется геном эмбриона, иначе развитие не начнется.
«Мы считаем, что этот инструмент может оказать глубокое влияние на наше понимание проблем бесплодия и нарушений развития в целом», — заключает Ариэль Баццини.