Исследование: Геномное редактирование становится точнее

Исследователи из MIT обнаружили ключевые факторы, влияющие на точность системы редактирования генома CRISPR, что является важным шагом к её безопасному применению у людей. Команда под руководством Фэн Чжана также создала компьютерную модель для выбора оптимальных генетических мишеней.

Система CRISPR

Технология CRISPR использует белково-РНК комплекс, который бактерии применяют для защиты. Комплекс включает короткие РНК-последовательности, связанные с ферментом Cas9, разрезающим ДНК. Когда РНК находит совпадение с целевой последовательностью в геноме, Cas9 делает разрез.

Это позволяет либо нарушить функцию гена, либо заменить его на новый, добавив матрицу ДНК. Метод значительно ускоряет создание трансгенных мышей для изучения болезней — процесс занимает около трёх недель вместо нескольких месяцев.

Повышение точности

В новой работе, опубликованной в онлайн-издании Nature Biotechnology 21 июля, описаны улучшения в эффективности и точности редактирования.

Ключевые открытия:

1. Минимизация ошибок: Риск ошибочного разрезания нецелевого участка (off-target) минимален, если целевая 20-парная последовательность значительно отличается от других в геноме. Если off-target последовательность отличается на три пары оснований или меньше, комплекс, вероятно, разрежет и её.
2. Компьютерная модель: Модель может просканировать геном человека или мыши и найти в заданном регионе 20-парные последовательности с наименьшим сходством с другими участками генома.
3. Дозировка РНК: Уменьшение количества вводимой РНК-гида минимизирует повреждение off-target сайтов, но слабо влияет на разрезание целевой последовательности. Для каждой последовательности можно рассчитать оптимальный баланс.
4. Оптимизация РНК-гида: Эффективность работы слитной (fused) РНК-гида, которая одновременно связывает ДНК и рекрутирует Cas9, была повышена за счёт удлинения молекулы. Более длинные нити образуют шпилечную структуру, стабилизирующую молекулу.

Значение и перспективы

Как отметил Майкл Тернс из Университета Джорджии, ценность работы — в комплексном анализе причин off-target эффектов, который предлагает много путей для их устранения.

Команда Чжана продолжает работу над повышением специфичности системы и планирует создавать клеточные линии и животных для изучения развития мозга и нейронных цепей, нарушая гены, вовлечённые в эти процессы.

Исследование финансировалось грантами NIH (Pioneer Award и Transformative R01), фондами Keck, McKnight, Damon Runyan, Searle Scholars, Klingenstein, Simons, а также Бобом Меткалфом и Джейн Поули.