Генетики открыли новую CRISPR-подобную систему под названием Fanzor

Система генетического редактирования, подобная CRISPR-Cas9, была впервые обнаружена у эукариот — группы организмов, в которую входят грибы, растения и животные. Систему, основанную на белке под названием Fanzor, можно направлять для точного нацеливания и редактирования участков ДНК, и это может открыть возможность ее использования в качестве инструмента редактирования генома человека.

Исследовательская группа под руководством профессора Фэн Чжана из Института исследований мозга при Массачусетском технологическом институте начала подозревать, что белки Fanzor могут действовать как нуклеазы — ферменты, которые могут расщеплять нуклеиновые кислоты, такие как ДНК — во время предыдущего исследования.

Они изучали происхождение таких белков, как Cas9. Это ферментная часть системы CRISPR-Cas9. Последовательности CRISPR являются проводниками к определенным областям ДНК, а Cas9 делает разрез. Мы много слышали о системах CRISPR-Cas и их применении в медицине и биотехнологии, но вы можете не знать, что они происходят от бактерий, где они играют ключевую роль в иммунитете против вирусов.

При изучении Cas9 и других родственных белков команда Фэн Чжана обнаружила их предков, класс белков, которые они назвали белками OMEGA. Один из них, TnpB, имел поразительное сходство с белком, обнаруженным у эукариот: Fanzor.

«Из-за консервативности между TnpB и Fanzor у нас были веские основания полагать, что Fanzor, скорее всего, также является нуклеазой OMEGA, управляемой РНК. Поэтому после того, как мы закончили исследование OMEGA по IscB [еще одному белку OMEGA] и TnpB, мы сосредоточились на изучении Fanzor», — сказал Фэн Чжан.

В новом исследовании команда изолировала Fanzor от грибов, водорослей, амеб и северного моллюска-куахога. Функция белков была охарактеризована, и было показано, что они, как и предполагалось, были ферментами, разрезающими ДНК. Точно так же, как Cas9 управляется фрагментами CRISPR, Fanzor управляются участками RNA (РНК), называемыми ωRNA.

Затем ученые провели еще одну серию экспериментов, чтобы изучить молекулярную структуру комплекса Fanzor-ωRNA, чтобы точно показать, как белки взаимодействуют и прикрепляются к последовательности ДНК, которую нужно отрезать.

Чем Fanzor отличается от систем CRISPR-Cas?

«Системы Fanzor более компактны, чем белки CRISPR, и поэтому их легче доставлять в клетки и ткани. Ферменты Fanzor также закодированы в эукариотическом геноме в мобильных элементах», — объясняют ученые. «В отличие от систем CRISPR, которые представляют собой адаптивные иммунные системы, функция Fanzor до сих пор не ясна».

Еще одним ключевым отличием от Fanzor является отсутствие «сопутствующего ущерба». С некоторыми системами CRISPR и белком TnpB OMEGA существует риск побочных эффектов, когда фермент расщепляет не только нужный участок ДНК, но и повреждает близлежащие участки молекулы. Похоже, это не относится к грибковому белку Fanzor, который команда подробно изучила.

Вдобавок ко всему, хотя Fanzor изначально казался менее эффективным, чем системы CRISPR-Cas, исследователи смогли сконструировать белок для достижения 10-кратного увеличения активности.

Необходимо отметить, что ученым потребовалось много лет и огромное количество исследований, чтобы начать использовать потенциал CRISPR-Cas. Хотя эта новая работа является захватывающим событием, еще слишком рано говорить о том, какое влияние она окажет.

«Мы продолжаем работать над превращением Fanzor в ценную новую технологию редактирования генома человека», — говорят исследователи. «Кроме того, очень интересно наблюдать за существованием CRISPR-подобных белков в клетках животных».

«Двигаясь вперед, мы продолжаем изучать биологию белков Fanzor и изучаем способы их создания для использования в качестве молекулярных технологий. Нам все еще нужно доработать фермент, чтобы он соответствовал эффективности золотого стандарта Cas9».

Исследование опубликовано в журнале Nature.