Древняя РНК-направляемая система может упростить доставку терапий генного редактирования
Учёные из Института Макговерна при MIT и Института Броуда обнаружили в природе древние системы, способные расширить инструментарий для редактирования генома. Эти системы, названные TIGR (Tandem Interspaced Guide RNA), используют РНК для наведения на специфические участки ДНК.
Системы TIGR можно перепрограммировать для нацеливания на любую интересующую последовательность ДНК. Они состоят из отдельных функциональных модулей, которые могут воздействовать на целевую ДНК. Помимо модульности, TIGR очень компактна по сравнению с другими РНК-направляемыми системами, такими как CRISPR, что является большим преимуществом для терапевтической доставки.
Результаты опубликованы в журнале Science.
Принцип работы и поиск
Исследовательская группа под руководством Фэна Чжана обнаружила, что белки, ассоциированные с TIGR (Tas), содержат характерный РНК-связывающий компонент, который взаимодействует с РНК-гидом, направляющим его к определённому сайту в геноме. У некоторых белков рядом с этим компонентом находится сегмент, разрезающий ДНК. Эта модульность может облегчить создание инструментов, позволяя "встраивать" новые полезные функции в природные Tas-белки.
Команда начала поиск с фокусировки на структурной особенности белка CRISPR Cas9, которая связывается с РНК-гидом. Используя итеративный процесс, они идентифицировали белок IS110, а затем искали другие белки со сходными структурными чертами. Для анализа огромного количества найденных белков пришлось использовать модель искусственного интеллекта на основе большого языкового модели белка.
Характеристики системы TIGR
Было обнаружено более 20 000 различных Tas-белков, в основном у бактериофагов. Повторяющиеся последовательности в генах (TIGR-массивы) кодируют РНК-гид. В некоторых белках РНК-связывающий регион соседствует с ДНК-разрезающей частью, другие, вероятно, связываются с иными белками, направляя их к мишеням ДНК.
Эксперименты с десятками Tas-белков показали, что некоторые можно запрограммировать на целевое разрезание ДНК в человеческих клетках.
Преимущества перед CRISPR
- Отсутствие требования PAM: В отличие от CRISPR, для нацеливания TIGR-Tas систем не нужны короткие мотивы PAM (protospacer adjacent motifs) рядом с мишенью. Теоретически это позволяет нацеливаться на любой сайт в геноме.
- Двунаправленная система наведения: TIGR системы взаимодействуют с обеими цепями двойной спирали ДНК, что должно обеспечивать высокую специфичность.
- Компактность: Tas-белки в среднем в четыре раза меньше Cas9, что упрощает их доставку — ключевое препятствие для терапевтического применения инструментов редактирования генов.
Сейчас команда изучает естественную роль систем TIGR у вирусов и их адаптацию для исследований и терапии. Определена молекулярная структура одного из работающих в человеческих клетках Tas-белков, что поможет в повышении его эффективности. Также отмечена связь между системами TIGR-Tas и некоторыми РНК-обрабатывающими белками в человеческих клетках.