Znaleźli sposób na dowolne „programowanie” DNA

Odkrycie, które zostało niedawno opublikowane wNaturaProgramowalny „most DNA” pozwala badaczom określić, jakiej sekwencji genetycznej chcą i jaką cząsteczkę DNA chcą wstawić do genomu – wyjaśnia.

„Mostowanie RNA” – mówi Patrick Hsu, główny autor artykułu – „to zasadniczo nowy mechanizm programowania biologicznego. Rekombinacja mostkowa może globalnie modyfikować materiał genetyczny poprzez wstawianie, wycinanie, odwracanie i nie tylko określonych sekwencji, umożliwiając „edytor tekstu” tekstu. genom.” „Sąsiedztwo, które wykracza poza CRISPR”.

Programowalne DNA

Mostek rekombinacyjny pochodzi z elementów zwanych sekwencją insercyjną 110 (IS110), jednego z niezliczonych typów elementów transpozycyjnych, zwanych także „genami skaczącymi”, które klipsują i wklejają, zmieniając swoją pozycję w genomach drobnoustrojów i pomiędzy nimi. Elementy te są obecne we wszystkich formach życia i przekształciły się w profesjonalne maszyny do przetwarzania DNA, których organizmy używają do przetrwania. Elementy IS110 są minimalne i składają się z pojedynczego genu kodującego rekombinowany enzym, a także szeregu fragmentów DNA skupionych wokół niego, których funkcja do chwili obecnej pozostaje tajemnicą.

W swoim laboratorium Hsu odkrył, że kiedy IS110 zostaje odcięty od genomu, końce niekodującego DNA łączą się ze sobą, tworząc cząsteczkę RNA (mostek RNA), która składa się w dwie pętle. Jedna z tych pętli wiąże się z samym elementem S110, podczas gdy druga wiąże się z docelowym DNA, do którego jest wstawiona. Mostek RNA jest pierwszym przykładem podwójnie specyficznej cząsteczki kierującej.

Obie pętle mostkowego RNA można zaprogramować niezależnie, dzięki czemu badacze mogą mieszać i dopasowywać dowolną interesującą sekwencję DNA do celu i dawcy. Oznacza to, że system może wyjść poza swoją normalną funkcję polegającą na wstawieniu elementu IS110 i zamiast tego umożliwia wstawienie dowolnego pożądanego ładunku genetycznego, takiego jak funkcjonalna kopia wadliwego genu wywołującego chorobę, w dowolnym miejscu genomu. W tej pracy zespół wykazał ponad 60% skuteczność we wprowadzaniu pożądanego genu do E. coli z ponad 94% specyficznością w zakresie prawidłowego umiejscowienia genomu.

„Te programowalne mostki RNA” – mówi Nick Perry, współautor badania – „odróżniają IS110 od innych znanych procesów rekombinacji, które nie zawierają składnika RNA i nie mogą być programowane”. jakiekolwiek gniazdko.”

Odkrycie to uzupełnia prace prowadzone w laboratorium Hiroshi Nishimasu na Uniwersytecie Tokijskim, co znalazło odzwierciedlenie w Artykuł drugi: „Natura”. Zastosowano w nim kriogeniczną mikroskopię elektronową do określenia struktury molekularnej dwóch pierścieni RNA rekombinowanego mostka.

Zdaniem naukowców, dzięki dalszym badaniom i rozwojowi ten mechanizm pomostowy może być początkiem trzeciej generacji systemów kierowanych za pomocą RNA, wykraczających poza dobrze znany mechanizm „wytnij i wklej” CRISPR i tzw. ingerencja. (RNI). W rzeczywistości programowalny mostek RNA po raz pierwszy zapewni ujednolicony mechanizm, który umożliwi dowolną zmianę układu DNA naszego dziedzictwa genetycznego.

„Ten łączący mechanizm rekombinacji rozwiązuje niektóre z najważniejszych wyzwań stojących przed innymi podejściami do edycji genomu” – mówi współautor Matthew Doran. „Możliwość programowej zmiany układu dwóch cząsteczek DNA otwiera drzwi do znaczących postępów w projektowaniu genomu”.