Новые молекулярные «ножницы» действуют как GPS для редактирования генома

Исследователи из Университета Копенгагена (Дания) под руководством испанского ученого Гильермо Монтойи обнаружили, как белок Cpf1 — новые молекулярные «ножницы» — расплетает и разрезает ДНК. Этот представитель семейства CRISPR-Cas демонстрирует высокую точность и способен действовать как GPS, чтобы найти свою цель в сложной карте генома. Высокая точность Cpf1 улучшит применение этой технологии для ремонта генетических повреждений и в других медицинских и биотехнологических целях.

Команде удалось визуализировать и описать механизм работы Cpf1. Этот белок относится к семейству Cas и обеспечивает расщепление двуцепочечной ДНК, что позволяет инициировать процесс модификации генома. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Гильермо Монтойя объясняет, что новые молекулярные «ножницы» «позволят нам безопаснее модифицировать и редактировать инструкции, записанные в геноме, благодаря высочайшей точности распознавания целевой последовательности ДНК».

Метод рентгеновской кристаллографии

Исследователи сосредоточились на других белках, специфично разрезающих ДНК, таких как Cpf1. Команда Монтойи использовала рентгеновскую кристаллографию, чтобы расшифровать молекулярные механизмы, контролирующие этот процесс.

«Мы облучали кристаллы белка Cpf1 рентгеновскими лучами, чтобы наблюдать его структуру с атомарным разрешением. Дифракция рентгеновских лучей — одна из основных биофизических методик для определения биомолекулярных структур», — говорит соавтор исследования.

Ключевые преимущества Cpf1:

• Высокая специфичность и режим разрезания ДНК.
• Возможность создания «липких концов» (staggered ends), в отличие от тупых разрывов (blunt-ended breaks), которые делает Cas9. Это облегчает вставку нужной последовательности ДНК.
• Высокая точность распознавания целевой последовательности ДНК действует как GPS, направляя систему Cpf1 в геноме.
• Универсальность и простота перепрограммирования по сравнению с другими белками.

Применение: генетические болезни и опухоли

Эти свойства делают систему особенно подходящей для лечения генетических заболеваний и опухолей. Ранее команда сотрудничала с французской биотехнологической компанией Cellectis, используя мегануклеазы (другие перепрограммируемые белки) для лечения некоторых типов лейкемии.

Новая технология также может применяться для модификации микроорганизмов с целью синтеза метаболитов, необходимых для производства лекарств и биотоплива.