Новое понимание перспективного инструмента для редактирования генома

Фермент Cas9, играющий ключевую роль в бактериальной иммунной системе CRISPR, стал мощным инструментом для редактирования генома и регуляции генов. Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета (UC) в Беркли впервые получили детальную картину его трёхмерной структуры, что открывает путь к созданию улучшенных версий этого фермента.

Международная коллаборация под руководством биохимика Дженнифер Даудна и биофизика Евы Ногалес использовала рентгеновскую кристаллографию для получения изображений кристаллической структуры двух основных типов ферментов Cas9 с разрешением 2.6 и 2.2 ангстрема (Å). Затем с помощью одночастичной электронной микроскопии было показано, как Cas9 в комплексе с направляющей РНК (guide RNA) взаимодействует с целевой ДНК.

Ключевые открытия:

• Белок Cas9 в свободном состоянии находится в неактивной форме.
• Связывание с направляющей РНК вызывает радикальное изменение трёхмерной структуры Cas9, что позволяет ему взаимодействовать с целевой ДНК.
• Несмотря на различия во внешних доменах, все члены семейства Cas9 имеют общее структурное ядро в форме "раковины" с двумя главными долями: нуклеазным доменом и α-спиральной долей.
• Связывание РНК структурно активирует Cas9, создавая канал между двумя основными долями белка, который служит интерфейсом для связывания ДНК.

Исследование, опубликованное в журнале Science ("Structures of Cas9 endonucleases reveal RNA-mediated conformational activation"), показывает, что понимание структурных изменений Cas9 при связывании с РНК и ДНК необходимо для рационального дизайна более эффективных и компактных вариантов фермента, что важно для приложений в генной инженерии.