Новая система, получившая название CRISPR-Cas3, может эффективно стирать длинные участки ДНК из целевого сайта в геноме человека, что нелегко реализовать в более традиционных системах CRISPR-Cas9. Хотя надежные приложения могут появиться в будущем, новая система имеет потенциал для поиска и уничтожения таких эктопических вирусов, как простой герпес, вирус Эпштейна-Барра и гепатит B, каждый из которых представляет собой серьезную угрозу для здоровья населения.
"Моя лаборатория провела последние десять лет, выясняя, как работает CRISPR-Cas3. Я очень рад, что мои коллеги и я наконец продемонстрировали его способность редактировать геном в человеческих клетках », – сказал Айлонг Ке, профессор молекулярной биологии и генетики и автор статьи, опубликованной 8 апреля в журнале Molecular Cell. "Наши инструменты могут быть созданы специально для этих вирусов, а затем очень эффективно их стирать.
Теоретически это могло бы стать лекарством от этих вирусных заболеваний."
Технология CRISPR-Cas3 также позволяет исследователям сканировать геном и обнаруживать некодирующие генетические элементы, которые составляют 98 процентов нашего генома, но не были хорошо охарактеризованы. Эти элементы действуют как регуляторы, которые контролируют экспрессию белков в кодирующих генах, и было обнаружено, что они имеют решающее значение для дифференцировки клеток и определения пола.
CRISPR-Cas3 можно использовать для эффективного скрининга некодирующих генетических элементов и стирания длинных последовательностей ДНК. После стирания исследователи могут посмотреть, какие функции отсутствуют в организме, чтобы определить роль этого генетического элемента.
Ян Чжан, доцент кафедры биологической химии Мичиганского университета, также является автором-корреспондентом статьи. Первыми авторами стали Адам Долан, аспирант лаборатории Ке, и Чжунган Хоу, специалист исследовательской лаборатории в лаборатории Чжана.
Системы CRISPR-Cas9 используют бактериальную РНК в качестве ориентира, объединяющего и распознающего последовательность ДНК. Когда совпадение найдено, направляющая РНК направляет CRISPR-ассоциированные (Cas) белки в эту точную цепочку ДНК. После обнаружения белок Cas9 отрезает ДНК-мишень в нужном месте.
CRISPR-Cas3 использует тот же механизм для определения местоположения определенной последовательности ДНК, однако вместо того, чтобы разрезать ДНК пополам, его нуклеаза непрерывно стирает ДНК до 100 килобаз.
Впервые Кэ, Чжан и его коллеги успешно удалили последовательности целевой ДНК размером до 100 килобаз в эмбриональных стволовых клетках человека и в другом типе клеток, называемом HAP1.
Хотя CRISPR-Cas3 может стать более эффективным инструментом редактирования генома, чем CRISPR-Cas9, исследователи работают над тем, чтобы контролировать, как долго удаляется раздел. «Мы не можем точно определить границы удаления, и это недостаток, когда дело доходит до терапии», – сказал Кэ.
Среди других участников были Сара Хауден, исследователь из Мельбурнского университета, и Питер Фреддолино, доцент кафедры биологической химии, вычислительной медицины и биоинформатики в Мичиганском университете.
На этот инструмент редактирования генома была подана заявка на патент через Центр лицензирования технологий.
Ke финансируется Национальным институтом здоровья (NIH). Чжан финансируется как NIH, так и Мичиганским университетом.