У животных обнаружена новая система редактирования генов, подобная CRISPR

Абстракция трех методов генетического редактирования. Недавно обнаруженный метод справа.

Система редактирования генов CRISPR возникла в бактериях и является частью защиты, которую бактериальные клетки используют против вирусов. При редактировании генов CRISPR направляющая РНК доставляет фермент, разрезающий геном (обычно Cas9), в определенное место генома, где происходит разрез. Эта система была изменена, адаптирована и использована многими революционными способами, вызвав прогресс в исследовательских лабораториях, и даже позволила вылечить заболевания у небольшого числа людей. Открытие и развитие технологии CRISPR / Cas9 было удостоено Нобелевской премии по химии в 2020 году. Теперь ученые обнаружили еще одну систему редактирования генов в эукариотических клетках, из которых состоят растения, животные и грибы. Она основана на белке, известном как Fanzor, который также использует РНК в качестве проводника, направляющего его в определенное место в геноме, чтобы сделать разрез.

Как сообщается в журнале Nature, исследователи показали, что белки под названием «Fanzor» могут быть перепрограммированы таким образом, чтобы они нацеливались на ДНК в клетках человека. Белки эти меньше, и их, вероятно, легче доставить в клетки по сравнению с методом CRISPR/Cas9. Как и CRISPR, этот новый метод, вероятно, будет изменен и усовершенствован различными способами, прежде чем его можно будет использовать в клинике, но он открывает множество новых возможностей редактирования генов.

Это исследование также показало, что механизмы, разрезающие ДНК, встречаются не только в бактериальных или прокариотических клетках; все царства жизни несут в себе какую-то подобную систему. Впервые система, разрезающая ДНК, была обнаружена у эукариот.

«Несколько лет назад мы начали задаваться вопросом, что находится за пределами CRISPR и существуют ли в природе другие РНК-программируемые системы», — говорит старший автор исследования Фенг Чжан, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и основной член Broad Institute of MIT и Harvard, среди многих других назначений.

Исследовательская группа идентифицировала и выделила фанзоры из различных видов, включая грибы, водоросли и амеб. Характеристика белков выявила их эндонуклеазную способность — они могут разрезать ДНК. Они также используют молекулы РНК, которые не кодируют белок, для нацеливания на определенные геномные последовательности. Белки Fanzor находятся внутри эукариотического генома, в регионах, известных как транспозиционные элементы. Они также могли попасть к эукариотам от прокариот в процессе горизонтального переноса генов.

Исследователи показали, что фанзоры могут создавать вставки и делеции в определенных местах генома человека, хотя изначально они были гораздо менее эффективны при разрезании ДНК по сравнению с методами CRISPR. Систематически тестируя различные мутации в белках Fanzor, ученые увеличили активность Fanzor в десять раз. Кроме того, оказалось, что они обладают низким уровнем внецелевой активности и не влияют на соседние молекулы ДНК или РНК.

Исследователи надеются, что Fanzor можно будет перепрограммировать для редактирования определенных мест в геноме, и однажды их можно будет использовать в исследованиях или клинических процедурах. Возможно, существуют и более совершенные редакторы генома, которые еще предстоит открыть.

«Природа удивительна. В ней так много разнообразия», — говорит Чжан. «Вероятно, существует еще больше РНК-программируемых систем, и мы продолжаем исследовать их и, надеюсь, откроем еще больше».