Ученые теперь могут редактировать несколько фрагментов генома одновременно

Теперь ученые могут редактировать несколько участков в геноме одновременно, чтобы узнать, как различные фрагменты ДНК взаимодействуют в области здоровья и болезней.

Редактирование ДНК на основе CRISPR произвело революцию в изучении генома человека, позволив точно удалить любой человеческий ген, чтобы получить представление о его функциях. Но одна особенность оставалась сложной — способность одновременно удалять несколько генов или фрагментов генов в одной и той же клетке. Тем не менее, этот тип хирургии генома является ключевым для ученых. Нужно понимать, как различные части генома работают вместе в контексте как нормальной физиологии, так и болезни.

Теперь такой инструмент существует благодаря командам Бенджамина Бленкоу и Джейсона Моффата, профессоров молекулярной генетики в Центре клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли. Названный «CHyMERA», для мультиплексного редактирования и скрининга, этот метод может быть применен к любому типу клеток млекопитающих, чтобы систематически воздействовать на ДНК в нескольких положениях одновременно, как описано в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology. 

Технология CRISPR, часто называемая ножницами генома, работает, посылая фермент для резки ДНК в нужные участки генома через направляющие молекулы РНК, сконструированные для прикрепления к учатску-мишени. Наиболее широко используемым ферментом для резки ДНК является Cas9.

С тех пор, как Cas9 впервые появился на свет, ученые обнаружили другие ферменты Cas с различными свойствами, которые стремятся улучшить и расширить применение этой технологии. В отличие от технологии CRISPR-Cas9, CHyMERA объединяет два разных фермента для резки ДНК, Cas9 и Cas12a, чтобы обеспечить более универсальное применение. Cas12a — это фермент, который можно использовать для генерации нескольких направляющих молекул РНК в одной и той же клетке, что является ключом для одновременного редактирования ДНК.

Томас Гонатопулос-Пурнатцис, научный сотрудник группы Бленкоу, провел несколько лет, пытаясь разработать комбинаторное редактирование генов, тестируя ферменты Cas9 и Cas12a самостоятельно. Затем у него возникла идея объединить эти ферменты для создания системы CHyMERA.

«Мы пробовали несколько подходов, чтобы индуцировать делецию генетических фрагментов, и ничего не работало так хорошо, как CHyMERA», — говорит он. «Я был в восторге, когда вместе с аспирантом в лаборатории Бленкоу, мы увидели первые доказательства того, что CHyMERA успешно удаляла генные сегменты. Мы получили эти результаты в день рождественских подарков, и это был лучший рождественский подарок, который мы могли бы пожелать».

Команда Бленкоу, которая изучает регуляцию и функцию генных сегментов, известных как экзоны, обратилась к Моффату, группа которого накопила большой опыт работы с технологией CRISPR.

«С CHyMErA вы можете использовать лучшие из двух ферментов», — говорит Майкл Ареггер, научный сотрудник лаборатории Моффата, который сыграл ключевую роль в разработке CHyMErA. «Cas9 имеет очень высокую эффективность редактирования, тогда как Cas12a позволяет мультиплексировать направляющие РНК и, следовательно, обеспечивает гораздо большую гибкость в поиске участков в геноме, которые мы можем вырезать».

DOI: 10.1038/s41587-020-0437-z