Учёные обнаружили древние РНК-управляемые системы, способные расширить инструментарий геномного редактирования. Новая группа получила название TIGR-системы (Tandem Interspaced Guide RNA systems), использующие РНК-гиды для целенаправленного воздействия на ДНК.
Работа проведена исследователями из McGovern Institute при MIT и Broad Institute MIT и Гарварда, а основные выводы опубликованы в журнале Science.
Фенг Чжан, занимающий должность профессора нейронауки имени Джеймса и Патриции Пуитрас в MIT, возглавил исследование. Он работает в McGovern Institute, Howard Hughes Medical Institute, является ключевым членом Broad Institute, профессором Brain and Cognitive Sciences и Biological Engineering, а также со-директором центра молекулярной терапии K. Lisa Yang и Hock E. Tan Center. Чжан отметил: «Природа потрясающе», подчеркнув универсальность и разнообразие новой системы.
Ранее команда Чжана адаптировала бактериальные системы CRISPR, создав революционные инструменты для геномного редактирования, и неоднократно открывала программируемые белки в рамках исследований CRISPR и других механизмов.
Для поиска систем, похожих на CRISPR Cas9, исследователи сосредоточились на его РНК-связывающем домене, изучая сотни миллионов белков с известными или предсказанными структурами. Итеративный процесс начался с белка IS110, известного своим связыванием с РНК. Использование модели большого языка для белков позволило кластеризовать их по эволюционным признакам и выявить группу генов с регулярно повторяющимися последовательностями, что привело к идентификации TIGR-Tas систем.
Более 20 000 различных белков Tas обнаружены преимущественно в вирусах, инфицирующих бактерии. Они содержат характерный РНК-связывающий компонент, взаимодействующий с РНК-гидом, кодируемым в TIGR-массивах. Некоторые белки Tas имеют рядом домен, разрезающий ДНК, в то время как другие, по-видимому, связываются с дополнительными белками для направления их активности к определённым мишеням, что предоставляет возможность модульной разработки инструментов редактирования.
Эксперименты, проведённые Чжаном и его командой, показали, что отдельные белки Tas можно программировать для точечного разрезания ДНК в клетках человека. В отличие от традиционных систем CRISPR, требующих наличия мотивов PAM, TIGR-Tas не имеют таких ограничений, что, по словам научного советника Рианнон Макрей, «это означает, что теоретически можно нацеливаться на любой участок генома». Дополнительный «двойной гид» обеспечивает специфичность посредством одновременного взаимодействия с обеими цепями ДНК, а их компактный размер, составляющий примерно четверть размера Cas9, значительно упрощает доставку в клетки.
Команда Чжана продолжает изучать природную роль TIGR-систем в вирусах, а также их потенциал для применения в исследованиях и терапевтических процедурах генного редактирования. Определение молекулярной структуры одного из эффективных белков Tas в клетках человека станет основой для дальнейшей оптимизации, а обнаруженные связи с белками, участвующими в РНК-процессинге, открывают дополнительные перспективы для инновационных разработок.
Изображение носит иллюстративный характер
Работа проведена исследователями из McGovern Institute при MIT и Broad Institute MIT и Гарварда, а основные выводы опубликованы в журнале Science.
Фенг Чжан, занимающий должность профессора нейронауки имени Джеймса и Патриции Пуитрас в MIT, возглавил исследование. Он работает в McGovern Institute, Howard Hughes Medical Institute, является ключевым членом Broad Institute, профессором Brain and Cognitive Sciences и Biological Engineering, а также со-директором центра молекулярной терапии K. Lisa Yang и Hock E. Tan Center. Чжан отметил: «Природа потрясающе», подчеркнув универсальность и разнообразие новой системы.
Ранее команда Чжана адаптировала бактериальные системы CRISPR, создав революционные инструменты для геномного редактирования, и неоднократно открывала программируемые белки в рамках исследований CRISPR и других механизмов.
Для поиска систем, похожих на CRISPR Cas9, исследователи сосредоточились на его РНК-связывающем домене, изучая сотни миллионов белков с известными или предсказанными структурами. Итеративный процесс начался с белка IS110, известного своим связыванием с РНК. Использование модели большого языка для белков позволило кластеризовать их по эволюционным признакам и выявить группу генов с регулярно повторяющимися последовательностями, что привело к идентификации TIGR-Tas систем.
Более 20 000 различных белков Tas обнаружены преимущественно в вирусах, инфицирующих бактерии. Они содержат характерный РНК-связывающий компонент, взаимодействующий с РНК-гидом, кодируемым в TIGR-массивах. Некоторые белки Tas имеют рядом домен, разрезающий ДНК, в то время как другие, по-видимому, связываются с дополнительными белками для направления их активности к определённым мишеням, что предоставляет возможность модульной разработки инструментов редактирования.
Эксперименты, проведённые Чжаном и его командой, показали, что отдельные белки Tas можно программировать для точечного разрезания ДНК в клетках человека. В отличие от традиционных систем CRISPR, требующих наличия мотивов PAM, TIGR-Tas не имеют таких ограничений, что, по словам научного советника Рианнон Макрей, «это означает, что теоретически можно нацеливаться на любой участок генома». Дополнительный «двойной гид» обеспечивает специфичность посредством одновременного взаимодействия с обеими цепями ДНК, а их компактный размер, составляющий примерно четверть размера Cas9, значительно упрощает доставку в клетки.
Команда Чжана продолжает изучать природную роль TIGR-систем в вирусах, а также их потенциал для применения в исследованиях и терапевтических процедурах генного редактирования. Определение молекулярной структуры одного из эффективных белков Tas в клетках человека станет основой для дальнейшей оптимизации, а обнаруженные связи с белками, участвующими в РНК-процессинге, открывают дополнительные перспективы для инновационных разработок.
