Похожие статьи
Разнообразные виды, от улиток до водорослей и амеб, вырабатывают программируемые ДНК-режущие ферменты, называемые Фанзорами, и новое исследование ученых из Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института выявило тысячи таких ферментов.
Фанзоры — это ферменты, управляемые РНК, которые можно запрограммировать на разрезание ДНК в определенных местах, очень похожие на бактериальные ферменты, которые питают широко используемую систему редактирования генов, известную как CRISPR. Недавно признанное разнообразие природных ферментов Fanzor, о котором сообщается в журнале Science Advances, дает ученым обширный набор программируемых ферментов, которые могут быть адаптированы в новые инструменты для исследований или медицины.
«Биология, основанная на использовании РНК, — это то, что позволяет создавать программируемые инструменты, которые действительно просты в использовании. Поэтому, чем больше мы сможем найти, тем лучше «, — рассказывает сотрудник McGovern Омар Абудайе, который руководил исследованием вместе с сотрудником McGovern Джонатаном Гутенбергом.
CRISPR, древняя система защиты бактерий, ясно показала, насколько полезными могут быть ферменты, управляемые РНК, когда их адаптируют для использования в лаборатории. Инструменты редактирования генома на основе CRISPR, разработанные профессором Массачусетского технологического института и исследователем McGovern Фэн Чжаном, Абудайе, Гутенбергом и другими, изменили способ модификации ДНК учеными, ускорив исследования и позволив разработать множество экспериментальных методов генной терапии.
С тех пор исследователи обнаружили другие РНК-направляющие ферменты во всем бактериальном мире, многие из которых обладают свойствами, которые делают их ценными в лаборатории. Ранее в этом году группа Чжана сообщила об открытии Фанзоров, способных разрезать ДНК под управлением РНК, что открывает новые рубежи РНК-управляемой биологии.
Фанзоры были первыми подобными ферментами, обнаруженными в эукариотических организмах — широкой группе форм жизни, включая растения, животных и грибы, определяемых связанным с мембраной ядром, которое содержит генетический материал каждой клетки. (Бактерии, у которых отсутствуют ядра, принадлежат к группе, известной как прокариоты).
По словам Абудайе и Гутенберга, есть надежда, что ферменты, которые естественным образом развились в эукариотических организмах, могут быть лучше приспособлены для безопасного и эффективного функционирования в клетках других эукариотических организмов, включая людей. Группа Чжана показала, что ферменты Fanzor могут быть сконструированы для точного разрезания определенных последовательностей ДНК в клетках человека. В новой работе Абудайе и Гутенберг обнаружили, что некоторые фанзоры могут воздействовать на последовательности ДНК в клетках человека даже без оптимизации.
Благодаря обширному поиску в генетических базах данных, проведенному сотрудником лаборатории Джастином Лимом, команда Гутенберга и Абудайе расширила известное разнообразие этих ферментов на порядок.
Среди более чем 3600 фанзоров, которые команда обнаружила у эукариот и вирусов, которые их заражают, исследователи смогли идентифицировать пять различных семейств ферментов. Сравнивая точный состав этих ферментов, они обнаружили свидетельства долгой эволюционной истории.
Фанзоры, вероятно, произошли от бактериальных ферментов, режущих ДНК под управлением РНК, называемых TnpBs. На самом деле, именно генетическое сходство Фанзоров с этими бактериальными ферментами впервые привлекло внимание как группы Чжана, так и команды Гутенберга и Абудайе.
Эволюционные связи, которые проследили Гутенберг и Абудайе, позволяют предположить, что эти бактериальные предшественники фанзоров, вероятно, проникали в эукариотические клетки, инициируя их эволюцию, не один раз. Некоторые из них, вероятно, были переданы вирусами, в то время как другие, возможно, были занесены симбиотическими бактериями. Исследование также предполагает, что после того, как они были поглощены эукариотами, ферменты выработали свойства, подходящие для их новой среды обитания, такие как сигнал, который позволяет им проникать в ядро клетки, где у них есть доступ к ДНК.
В ходе генетических и биохимических экспериментов, проведенных аспирантом биологической инженерии Кайи Цзян, команда определила, что у фанзоров развился активный сайт для резки ДНК, отличный от такового у их бактериальных предшественников. По-видимому, это позволяет ферменту более точно разрезать свою целевую последовательность. Предшественники TnpB, нацеленные на последовательность ДНК в пробирке, активизируются и разрезают другие последовательности в пробирке; Фанзорам не хватает такой беспорядочной активности. Когда они использовали направляющую РНК, чтобы направить ферменты на вырезание определенных участков в геноме человеческих клеток, они обнаружили, что некоторые фанзоры способны разрезать эти целевые последовательности с эффективностью от 10 до 20 процентов.
Эксклюзивный перевод
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
