Американские ученые впервые нашли у эукариот систему, аналогичную CRISPR. В будущем она может стать новым инструментом для редактирования генома. Исследование опубликовано в журнале Nature.
CRISPR/Cas — это система, которая используется в генной инженерии для «выключения» генов или введения новых генов. Она была найдена у бактерий, которые используют CRISPR для защиты от вирусов. В систему входят белки Cas, которые направляются гидовой РНК к определенным участкам ДНК. Впоследствии белки Cas могут разрезать ДНК. Системы CRISPR/Cas получили широкое применение, потому что их можно легко «перепрограммировать» и настроить на нужный участок ДНК.
Некоторое время назад авторы новой работы начали искать РНК-программируемые системы, подобные CRISPR. В 2021 году биологи обнаружили у прокариот новый класс РНК-программируемых систем — OMEGA. Они часто связаны с транспозонами («прыгающими генами») в геномах бактерий, и, скорее всего, CRISPR произошли от OMEGA. Еще тогда ученые подчеркнули сходство между бактериальными белками OMEGA и эукариотическими белками Fanzor, предположив, что Fanzor тоже может направляться РНК и разрезать ДНК.
Теперь исследователи выделили белки Fanzor из разных видов грибов, водорослей, амеб, моллюсков. Они показали, что белки Fanzor действительно являются эндонуклеазами, способными разрезать ДНК. При этом они используют близлежащие некодирующие РНК, называемые ωРНК, чтобы «понимать», к какому участку ДНК нужно направиться. В отличие от белков Cas, ферменты Fanzor находятся в эукариотическом геноме внутри транспозонов. Филогенетический анализ позволил предположить, что эти гены перешли к эукариотам от бактерий посредством горизонтального переноса генов.
Чтобы показать потенциал Fanzor как инструмента для генной инженерии, ученые сделали с помощью этого белка инсерции и делеции в конкретных участках генома человеческих клеток, то есть вставили и удалили участки ДНК. Изначально система Fanzor оказалась менее эффективной по сравнению с CRISPR/Cas, но исследователям удалось модифицировать белок так, чтобы повысить его активность в 10 раз. Кроме того, в отличие от некоторых систем CRISPR/Cas и белка TnpB класса OMEGA, грибной Fanzor не наносит «сопутствующий ущерб», когда фермент помимо нужного участка ДНК также разрезает и некоторые близлежащие. Все эти результаты позволяют предположить, что Fanzor могут стать эффективными инструментами для редактирования генома.
Ученые также проанализировали структуру комплекса между Fanzor и ωРНК и проиллюстрировали, как он «садится» на ДНК и разрезает ее. Оказалось, что Fanzor по структуре похож на бактериальный белок CRISPR/Cas12. При этом взаимодействия между ωРНК и каталитическим центром Fanzor более сложное, и, возможно, ωРНК так или иначе принимает участие в катализе реакции расщепления ДНК, а не только направляет белок. Исследователи планируют и дальше изучать возможности систем на основе белков Fanzor.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
