Прорыв в понимании механизма "редактирования" ДНК для коррекции генетических заболеваний

Международная группа учёных сделала важный шаг вперёд в понимании того, как ферменты "редактируют" гены, прокладывая путь для исправления генетических заболеваний у пациентов.

Исследователи из Университетов Бристоля, Мюнстера и Литовского института биотехнологий наблюдали процесс, с помощью которого класс ферментов CRISPR связывается и изменяет структуру ДНК.

Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), являются жизненно важной частью головоломки, если эти инструменты редактирования генома в конечном итоге будут использоваться для коррекции генетических заболеваний у людей.

Ферменты CRISPR были впервые обнаружены в бактериях в 1980-х годах как иммунная защита от вторжения вирусов. Позже учёные показали, что один из типов ферментов CRISPR — Cas9 — можно использовать для редактирования человеческого генома.

Эти ферменты были адаптированы для точного нацеливания на одну уникальную комбинацию "букв" среди трёх миллиардов пар оснований молекулы ДНК. Это эквивалентно исправлению одного слова с опечаткой в 23-томной энциклопедии.

Для поиска этой "иголки в стоге сена" ферменты CRISPR используют молекулу РНК — нуклеиновую кислоту, сходную по структуре с ДНК. Процесс нацеливания требует, чтобы ферменты CRISPR разъединили цепи ДНК и вставили РНК, чтобы сформировать специфическую структуру, называемую R-петля (R-loop).

Команда проверила модель R-петли с помощью специально модифицированных микроскопов, в которых отдельные молекулы ДНК растягиваются в магнитном поле. Изменяя силу скручивания ДНК, исследователи могли напрямую наблюдать события образования R-петель отдельными ферментами CRISPR.

Это позволило выявить ранее скрытые этапы процесса и исследовать влияние последовательности оснований ДНК.

Профессор Марк Щелкун из Школы биохимии Бристольского университета отметил: "Важной задачей в использовании этих захватывающих инструментов редактирования генома является обеспечение нацеливания только на одно конкретное место в геноме. Наши эксперименты с одной молекулой привели к лучшему пониманию влияния последовательности ДНК на образование R-петли. В будущем это поможет в рациональной реконструкции ферментов CRISPR для повышения их точности и минимизации нецелевых эффектов. Это будет жизненно важно, если мы в конечном итоге применим эти инструменты для коррекции генетических заболеваний у пациентов".