Διαδικασία γονιδιακής επεξεργασίας που ανακαλύφθηκε σε ευκαρυώτες

Μια ομάδα ερευνητών αποκάλυψε ένα νέο σύστημα βιολογικής επεξεργασίας που θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ακόμη πιο ακριβές από την επεξεργασία γονιδίων CRISPR. Βασίζεται σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται Fanzor και αυτό το νέο εύρημα είναι το πρώτο προγραμματιζόμενο σύστημα καθοδηγούμενο από RNA που ανακαλύφθηκε σε ευκαρυώτες. Το νέο σύστημα επεξεργασίας RNA περιγράφεται στο α

μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 28 Ιουνίου στο περιοδικό

Φύση



.

[Related:


CRISPR breaks ground as a one-shot treatment for a rare disease


.]

Οι ευκαρυώτες περιλαμβάνουν μύκητες, φυτά και ζώα των οποίων τα κύτταρα έχουν πυρήνα. Το CRISPR ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε οργανισμούς που ονομάζονται

προκαρυώτες

, τα οποία είναι μονοκύτταρα και δεν έχουν πυρήνα. Η ανακάλυψη ενός συστήματος επεξεργασίας όπως αυτό που λειτουργεί σε ευκαρυώτες θα μπορούσε να επεκτείνει την εμβέλεια της βιολογικής επεξεργασίας και πιθανώς την ακρίβειά της.

ο


η ομάδα δείχνει πώς

Πρωτεΐνες Fanzor

χρησιμοποιήστε το RNA ως οδηγό για να στοχεύσετε με ακρίβεια το DNA καθώς και πώς το Fanzors μπορεί να επαναπρογραμματιστεί για να επεξεργαστεί το γονιδίωμα των ανθρώπινων κυττάρων. Το RNA εξυπηρετεί πολλαπλές λειτουργίες στο σώμα, συμπεριλαμβανομένης της κωδικοποίησης, της αποκωδικοποίησης, της ρύθμισης και της έκφρασης γονιδίων. Το σύστημα Fanzor θα μπορούσε επίσης να παραδοθεί πιο εύκολα στους ιστούς και τα κύτταρα του σώματος ως θεραπευτικό από τα συστήματα CRISPR.

Η μελέτη δείχνει επίσης ότι οι καθοδηγούμενοι από RNA μηχανισμοί κοπής DNA υπάρχουν τόσο σε μονοκύτταρους προκαρυώτες που στερούνται πυρήνα όσο και σε ευκαρυώτες που διαθέτουν πολυκύτταρους πυρήνες.

«Τα συστήματα που βασίζονται στο CRISPR χρησιμοποιούνται ευρέως και ισχυρά επειδή μπορούν εύκολα να επαναπρογραμματιστούν για να στοχεύουν διαφορετικές τοποθεσίες στο γονιδίωμα», συν-συγγραφέας και βιοχημικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) Feng Zhang.

είπε σε δήλωση

. «Αυτό το νέο σύστημα είναι ένας άλλος τρόπος για να γίνουν ακριβείς αλλαγές στα ανθρώπινα κύτταρα, συμπληρώνοντας τα εργαλεία επεξεργασίας γονιδιώματος που έχουμε ήδη».

Ένας από τους πρωταρχικούς στόχους του

Εργαστήριο Zhang

αναπτύσσει γενετικά φάρμακα που μπορούν να τροποποιήσουν τα ανθρώπινα κύτταρα εντοπίζοντας συγκεκριμένα γονίδια και διαδικασίες. Ψάχνουν πέρα ​​από το CRISPR για να δουν εάν υπάρχουν άλλα προγραμματιζόμενα με RNA συστήματα στον φυσικό κόσμο.

Η ομάδα χτίζει πάνω σε ένα

Ανακάλυψη 2021

μιας κατηγορίας προγραμματιζόμενων με RNA συστημάτων σε

προκαρυώτες που ονομάζονται ΩΜΕΓΑ

. Αυτή η έρευνα τόνισε κάποιες ομοιότητες μεταξύ των προκαρυωτικών συστημάτων OMEGA και των πρωτεϊνών Fanzor σε ευκαρυώτες και πρότεινε ότι τα ένζυμα Fanzor θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιούν έναν μηχανισμό καθοδηγούμενο από RNA για να στοχεύσουν και να κόψουν το DNA.

Στο

νέα μελέτη

η ομάδα απομόνωσε τους Fanzors από μύκητες, φύκια και είδη αμοιβάδας και μια κοινή αχιβάδα που ονομάζεται

Βόρεια Quahog

. Ένας βιοχημικός χαρακτηρισμός των πρωτεϊνών Fanzor έδειξε ότι είναι ένζυμα ενδονουκλεάσης που κόβουν το DNA που χρησιμοποιούν κοντινά μη κωδικοποιητικά RNA γνωστά ως ωρΝΑ. Αυτά τα ωρΝΑ στοχεύουν συγκεκριμένες τοποθεσίες στο γονιδίωμα και είναι η πρώτη φορά που αυτός ο μηχανισμός έχει βρεθεί σε ευκαρυώτες όπως η αχιβάδα, σύμφωνα με τους συγγραφείς.

[Related:


What is a pangenome? Scientists just released their first draft


.]

«Αυτά τα συστήματα OMEGA είναι πιο προγονικά για το CRISPR και είναι από τις πιο άφθονες πρωτεΐνες στον πλανήτη, επομένως είναι λογικό ότι μπόρεσαν να πηδήξουν πέρα ​​δώθε μεταξύ προκαρυωτών και ευκαρυωτών», συν-συγγραφέας και μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Zhang. εργαστήριο Makoto Saito

είπε σε δήλωση

.

Για να διερευνήσει τις δυνατότητες του Fanzor ως μελλοντικού εργαλείου επεξεργασίας γονιδιώματος, η ομάδα έδειξε ότι μπορεί να δημιουργήσει εισαγωγές και διαγραφές σε στοχευμένες τοποθεσίες γονιδιώματος μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα, όπως το εργαλείο αποκοπής και επικόλλησης σε ένα έγγραφο. Διαπίστωσαν ότι το σύστημα Fanzor ήταν αρχικά λιγότερο αποτελεσματικό στην αποκοπή DNA από τα συστήματα CRISPR, αλλά η εισαγωγή ενός συνδυασμού μεταλλάξεων στην πρωτεΐνη αύξησε σημαντικά τη δραστηριότητά της.

Σύμφωνα με την ομάδα, το σύστημα Fanzor μπορεί να επαναπρογραμματιστεί για να στοχεύει συγκεκριμένη τεχνολογία επεξεργασίας γονιδιώματος για μελλοντική έρευνα και θεραπεία, όπως ακριβώς τα τρέχοντα συστήματα που βασίζονται στο CRISPR. Υπάρχουν επίσης περισσότερα συστήματα όπως αυτό στη φύση που περιμένουν να βρεθούν.

«Η φύση είναι καταπληκτική. Υπάρχει τόση ποικιλία», είπε ο Zhang. “Υπάρχουν πιθανώς περισσότερα προγραμματιζόμενα με RNA συστήματα εκεί έξω, και συνεχίζουμε να εξερευνούμε και ελπίζουμε να ανακαλύψουμε περισσότερα.”