CRISPR stał się mocniejszy, dzięki "wyłącznika"

Przy wszystkich swoich wspaniałych możliwościach edycji genów, mechanicznie CRISPR przypomina elektronarzędzie z podciętymi wyłącznikiem. Po prostu pomyślcie o tym: cały mechanizm CRISPR buduje w probówce, a po zakończeniu zawsze wyłączony, włączony, działa. Po podaniu zwierzętom lub ludziom, CRISPR zaczyna wędrować po całym ciele w poszukiwaniu docelowego genu, który musi zmienić lub zniszczyć, dopóki nie straci moc i nie усвоится przez organizm.

Osłabienie kontroli molekularnej elektronarzędzia, oczywiście, nie będzie idealnym rozwiązaniem: może przesadzić i zepsuć нецелевые geny. I jeśli coś pójdzie nie tak, nie ma bezpośredniego sposobu, aby wyłączyć mechanizm, zanim wyrządzi szkody.

Na początku tego miesiąca zespół z uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley próbowała oswoić bestię CRISPR. Za pomocą techniki okrągłe permutacji, zespół реорганизовала CRISPR w programowalny narzędzie ProCas9, który cicho siedzi w komórkach, dopóki go nie obudzę czynniki zewnętrzne — na przykład, infekcja wirusowa.

Ten "dodatkowy poziom bezpieczeństwa" ogranicza umiejętności edycji CRISPR podzbiór komórek "dla dokładnego cięcia", mówi autor badania dr David Savage.

Ponadto, ProCas9 może potencjalnie reagować na logiczne dane wejściowe, takie jak "i" lub "nie", co oznacza, że będzie on aktywny tylko przy zachowaniu określonego zestawu instrukcji — na przykład "komórka ta różowa" lub "ta komórka jest zakażony" doprowadzi do odpowiedzi "poświęcić komórką", który aktywuje CRISPR i da mu wskazanie ciąć geny niezbędne do przetrwania. Badanie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Cell.

Przejąć kontrolę nad CRISPR

Przyjrzyjmy się lekko освежим w pamięci: CRISPR, jako narzędzie do edycji genów, w rzeczywistości jest cząsteczkowego duet. Pierwsza część, prowadnica RNA, to małe krwawe ogary, które szukają docelowego genu.

Jak tylko gen zrobione, drugi składnik — Cas9 — będzie aktywne do wykonania cięcia. W przeciwieństwie do prowadnic RNA, które składają się z genetycznych liter, Cas9 jest białko. Właśnie z tym składnikiem postanowili zagrać naukowcy z Berkeley.

"Szeroka celem naszej pracy — oswoić i do korzystania z ludźmi i usunąć niepotrzebne rzeczy, nie należące do edycji genomu", mówi Savage.

Co można zrobić z białkiem? Wyobraź sobie bardzo długi łańcuch ponumerowanych kulek (aminokwasów), скомканных w trudnej trójwymiarową strukturę. Przeciąć łańcuch i można zreorganizować koraliki tak, aby ich położenie na nici różniło się od oryginalnego, i złożyć je w węzeł lub dwa po ponownym połączenie białka nici.

To Właśnie to, w istocie, zrobiła drużyna. Ta sztuczka nazywa się "okrągły przegrupowania" i przekształca oryginalny białko tak, że u niego pojawia się nowy początek i koniec — i to układa się w inną formę. To ogromna operacja na poziomie molekularnym, która zwykle niszczy funkcję białka.

Autorzy twierdzą, że nie byli pewni, że to zadziała z czymś tak trudne, jak Cas9.

Zaskakujące, ale Cas9 okazał się prawie testem. Drużyna próbowała przeciąć go w wielu punktów, zanim znaleźć narzuta na łóżko, którzy ratowali funkcję białka, ale w 10% przypadków пересобранный Cas9 pracował prawie tak samo jak oryginał.

Tutaj jest jeden mądry chwili: po ponownym połączeniu białka nici zespół wśliznęło w cząsteczkowych "brama" — mały linker — które blokowały zdolność cięcia Cas9, jeśli sam linker nie został uszkodzony.

Co pękło łańcucha? Zestaw enzymów, zwanych proteaz.

Протеазочувствительный linker

Wyobraź sobie proteazy jak małe nożyczki do białka, które unoszą się w ciele. Ich cała rodzina: dobre pomagają nam trawić steki i fasola. Ale są i złe. Komórki nowotworowe, na przykład, jest odprowadzany własne "złe" proteazy, które wgryzają się w otaczające tkanki, przyczyniając się do ich wzrostu. również mogą wydzielać wirusowej proteazy, co jest często niezbędne do ich penetracji w wiele komórek i tkanek. Zeke ' a i denga są jednymi z tych, którzy używają proteazy jako broni, a proteazy od infekuje rośliny wirusów pomagają bezcześcić ziemniaki i inne kultury.

Ale proteazy nie tną według własnego uznania. Raczej każda z nich jest przeznaczona tylko dla niewielkiej liczby aminokwasów sekwencji — "kody pocztowe", które rozpoznaje i przecina.

Oznacza To, że zespół może umieścić określony kod pocztowy, odpowiadający określonej proteaze — np. z komórki nowotworowe — w реорганизованный białko Cas9 jako linker. W ten sposób, linker będzie ciąć tylko w komórkach, które mają tę specyficzną proteaz, a więc i włączać się będzie tylko w tych komórkach. W zależności od prowadnicy RNA, zespół może zaprojektować aktywowany CRISPR, aby przeciąć geny niezbędne do przetrwania — i tym samym zabijać komórkę nowotworową.

W tym sensie nowe białka Cas9, które otrzymały nazwę ProCas9 ("pro" z powodu "proteazy"), zamieniają się w małe szpiegowskie maszyny, które stają się śmiertelnie niebezpieczne po aktywacji.

Zabójca-altruistą

Aby sprawdzić koncepcję, naukowcy zaprezentowali zakażonych zeke ' a komórki swojego nowego ProCas9, wyposażonym w prowadnicami RNA, wyszkolonych do wyszukiwania genów, obsługujących życie komórek.

Za tydzień nowy system CRISPR zniszczyła zainfekowane komórki jako "altruistycznej ochrony". Zdrowe komórki pozostają żywe i dziewice.

To wykazało, że system był spokojnyczasie pokoju, w ten sposób ograniczając геномный szkody właściciela, mówi autorów.

W niektórych eksperymentach system ProCas9 pracowała tak dobrze, przynosząc w ofierze zakażonych wirusem Zachodniego Nilu komórki.

"Chociaż jest to bardzo wczesne potwierdzenie koncepcji, ono demonstruje pomysł, co to może być syntetyczna system odpornościowy", mówi autor badania Benjamin Oaks. "Stworzyliśmy białko, wykrywające ukryte zagrożenia, które można zaprogramować na wszystko".

Nowy system CRISPR raczej nie zaszkodzi nasz system odpornościowy. Kolejną zaletą przebudowy białka jest to, że jego nowe końcówki lepiej przenoszą ładunki, takie jak inne modyfikowane środki DNA enzymów lub diody świecące w ciemności.

Jakby Cas9 ma nową super mocy, która pozwala nam śledzić, gdzie w komórce znajduje się białko, lub zmieniać ekspresję określonych genów — zamiast bezpośrednio psuć nasz materiał genetyczny.

Zespół z uniwersytetu w Berkeley, już przewidziała wiele zastosowań. ProCas9 będzie przydatna dla cząsteczkowego przesiewania lub otwarcia leków. Lub może ograniczyć obrzezanie DNA określonymi komórkami "po wspólnej wysyłki редактирующего kompleksu w docelowy organ lub tkankę", co znacznie zwiększy profil bezpieczeństwa narzędzi, szczególnie w warunkach klinicznych.

Ale najciekawsze w tym wszystkim jest to, że nie jesteśmy przywiązani do mechanizmu CRISPR, którym nas obdarzyła natura. Białka te można dokładnie zoptymalizować i wsadzić w ramy, nie występujące w przyrodzie, ale posiadające niezbędne właściwości do stosowania w komórkach człowieka, badania lub leczenia, mówi Savage.

A jakie zastosowania nowego instrumentu widzisz? Opowiedz o tym w naszym czacie