L’enzima di targeting dell’RNA estende il toolkit CRISPR

Il McGavan Fellow Jonathan Gutenberg (a sinistra) e Omar Abdaier sono in laboratorio. Attestazione: Caitlin Cunningham

I ricercatori del McGovern Institute for Brain Research del MIT hanno esteso i toolkit CRISPR degli scienziati per tagliare e modificare facilmente l’RNA con una precisione che in precedenza era disponibile solo per l’editing del DNA. Ho trovato. Questo enzima, chiamato Cas7-11, modifica i bersagli dell’RNA senza danneggiare le cellule. Ciò suggerisce che oltre ad essere un prezioso strumento di ricerca, fornisce una piattaforma adatta per applicazioni terapeutiche.

“Questo nuovo enzima Omar Abdaier, un McGavan Fellow, ha menzionato l’enzima CRISPR che scinde il DNA che ha rivoluzionato la biologia moderna rendendo l’editing del DNA più veloce, più economico e più accurato, dicendo che era “come Cas9 nell’RNA”. “Crea due tagli precisi e non li distrugge. Come altri enzimi, le cellule nel processo”, ha aggiunto.

Ad oggi, solo Cas13, un’altra famiglia di enzimi mirati all’RNA, è stato ampiamente sviluppato per le applicazioni di targeting dell’RNA. Tuttavia, quando Cas13 riconosce il bersaglio, distrugge l’RNA nella cellula e distrugge la cellula lungo il percorso. Come Cas9, Cas7-11 fa parte di un sistema programmabile. È possibile utilizzare le guide CRISPR per mirare a specifici bersagli di RNA. Abudayyeh, McGovern Fellow Jonathan Gootenberg e i loro colleghi hanno scoperto Cas7-11 attraverso uno studio approfondito del sistema CRISPR trovato nel mondo microbico. I loro risultati sono stati recentemente riportati sulla rivista Natura..

Esplorare la diversità della natura

Come altre proteine ​​CRISPR, Cas7-11 viene utilizzato dai batteri come meccanismo di difesa contro i virus. Dopo aver incontrato un nuovo virus, i batteri che adottano il sistema CRISPR registrano l’infezione sotto forma di piccoli frammenti dell’agente patogeno. Materiale genetico. Quando il virus ricompare, il sistema CRISPR viene attivato e guidato da frammenti di RNA che distruggono il genoma virale ed eliminano l’infezione.

Questi antichi sistemi immunitari sono diffusi e diversificati, con diversi batteri che impiegano proteine ​​diverse per combattere gli invasori virali.

“Alcuni DNA bersaglio, alcuni RNA bersaglio. Alcuni sono molto efficienti nel tagliare i bersagli, ma alcuni sono tossici e altri no. Introducono diversi tipi di tagli. E la specificità può essere diversa”, afferma Eugene Koonin. Biologo evoluzionista presso il National Center for Biotechnology Information.

Abudayyeh, Gootenberg e Koonin hanno esaminato le sequenze genomiche per conoscere la diversità naturale dei sistemi CRISPR ed estrarre potenziali strumenti. Secondo Abudayyeh, l’idea è di sfruttare il lavoro che l’evoluzione ha già svolto in ingegneria. macchina proteica.

淚 non so cosa trovare, ma scopriamo cosa c’è, dice Abdaier.

Quando il team stava esaminando i database pubblici per esaminare i componenti di vari sistemi di difesa batterica, le proteine ​​dei batteri isolati dalla baia di Tokyo hanno attirato la loro attenzione. È stato dimostrato che la sua sequenza di amminoacidi appartiene a una classe di sistemi CRISPR che utilizzano grandi macchine multiproteiche per trovare e tagliare i bersagli. Tuttavia, questa proteina sembrava avere tutto ciò di cui aveva bisogno per fare il suo lavoro da sola. Altri enzimi Cas noti a singola proteina, inclusa la proteina Cas9, ampiamente adottata per l’editing del DNA, appartengono a un’altra classe del sistema CRISPR, ma Cas7-11 offusca i confini del sistema di classificazione CRISPR. dice Koonin.

L’enzima, che il team alla fine ha chiamato Cas7-11, era interessante da un punto di vista ingegneristico perché una singola proteina veniva facilmente consegnata alle cellule e poteva creare strumenti migliori rispetto alle controparti complesse. Tuttavia, la sua composizione ha anche mostrato una storia evolutiva inaspettata. Durante l’evoluzione, il team ha trovato prove che componenti della macchina Cas più complessi si sono fusi per creare la proteina Cas7-11. Gutenberg riconosce che questo è lo stesso che scoprire i pipistrelli, che gli uccelli precedentemente ritenevano essere gli unici animali a volare, fornendo così molteplici percorsi evolutivi per il volo. Cambia completamente il modo in cui questi sistemi sono considerati funzionalmente ed evolutivamente, dice.

Modifica di precisione

Quando Gootenberg e Abudayyeh hanno prodotto la proteina Cas7-11 in laboratorio e hanno iniziato a sperimentarla, si sono resi conto che questo insolito enzima forniva un potente strumento per manipolare e studiare l’RNA. Quando lo hanno introdotto nella cellula con una guida dell’RNA, ha effettuato un taglio molto accurato e ha tagliato il bersaglio indisturbato da altro RNA. Ciò significava che Cas7-11 poteva essere utilizzato per modificare alcuni caratteri nel codice dell’RNA per correggere errori introdotti da mutazioni genetiche. È stato anche possibile programmare Cas7-11 per stabilizzare o distruggere specifiche molecole di RNA nella cellula. Questo ci ha permesso di regolare i livelli di proteine ​​codificate da questi RNA.

Abudayyeh e Gootenberg hanno anche scoperto che la capacità di Cas7-11 di scindere l’RNA potrebbe essere compromessa da proteine ​​che potrebbero anche essere coinvolte nell’indurre la morte cellulare programmata. Ciò suggerisce un possibile legame tra la protezione CRISPR e una risposta più estrema all’infezione.

Il team ha dimostrato che i vettori della terapia genica possono fornire alle cellule un sistema completo di modifica di Cas7-11 e che Cas7-11 non compromette la salute delle cellule. Con un ulteriore sviluppo, un giorno utilizzeranno gli enzimi per modificare le sequenze che causano malattie dall’RNA del paziente, consentendo alle cellule di produrre proteine ​​​​sane o danneggiare a causa di malattie genetiche. Voglio abbassare il livello di proteine ​​che sto esercitando. ..

“Riteniamo che il metodo unico di clivaggio di Cas7-11 consentirà molte applicazioni interessanti e diverse”, ha affermato Gootenberg, che ha affermato che nessun altro strumento CRISPR potrebbe tagliare l’RNA in modo così accurato. Io sono. “Questo è un altro ottimo esempio di come queste esplorazioni di base guidate dalla biologia possono creare nuovi strumenti per il trattamento e la diagnosi”, aggiunge. “E stiamo certamente solo grattando la superficie di ciò che è nella diversità naturale”.


Il nuovo sistema CRISPR-Cas taglia l’RNA virale


Per maggiori informazioni:
Targeting programmabile dell’RNA con l’effettore CRISPR a singola proteina Cas7-11 di Ahsen 脰zcan et al. Natura (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03886-5

Fornito da
Istituto di Tecnologia del Massachussetts

Citazione: RNA targeting enzyme è un toolkit CRISPR ottenuto da https://phys.org/news/2021-09-rna-targeting-enzyme-crispr-toolkit.html il 20 settembre 2021 (2021 settembre). 20 giorni) sarà prorogato

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