Световой «CRISPR» запускает точное редактирование генов и сверхбыстрое восстановление ДНК

crispr-cas9
Кредит: CC0 Public Domain

В серии экспериментов с использованием линий раковых клеток человека ученые из Johns Hopkins Medicine говорят, что они успешно использовали свет в качестве триггера для быстрого точного разрезания геномного материала, используя молекулярный скальпель, известный как CRISPR, и наблюдают, как специализированные клетки белки восстанавливают точное место, где ген был разрезан.

Результаты экспериментов, опубликованные 11 июня в Science, не только раскрывают новые подробности о процессе репарации ДНК, но также, вероятно, исследователи ускоряют и помогают понять ДНК деятельность, которая обычно вызывает старение и многие виды рака.

«Наша новая система редактирования генов позволяет целенаправленно вырезать ДНК в течение нескольких секунд после активации. При использовании предыдущих технологий редактирование генов может занять гораздо больше времени — даже часов», — говорит доктор наук Ян Ян, доктор философии, член Исследовательская группа Джона Хопкинса по медицине.

Мощный инструмент CRISPR в последние годы позволил ученым легко изменять или «редактировать» последовательности ДНК и изменять функции генов, чтобы ускорить темпы исследований условий, связанных с генами.

Адаптированный из естественной системы редактирования генов, обнаруженной в бактериях, CRISPR использует небольшие последовательности генетического материала, называемого РНК, в качестве своего рода руководства, которое закодировано, чтобы соответствовать и связываться с определенной последовательностью геномной ДНК в клетке. Молекула CRISPR также содержит фермент Cas9, который действует как скальпель для вырезания последовательности ДНК. Затем клетка использует свои собственные ферменты и белки для восстановления разрезанной ДНК, часто добавляя последовательности ДНК, которые ученые вводят в клетку.

Лю говорит, что изучению процесса репарации ДНК мешала неспособность повредить ДНК, например, с помощью CRISPR, быстрым, точным и «по требованию».

Для новых экспериментов ученые модифицировали комплекс CRISPR-Cas9, создав светочувствительную молекулу РНК, которая позволяет комплексу CRISPR разрезать геномную ДНК в живых клетках только при воздействии определенной длины волны света.

«Преимущество нашей методики состоит в том, что исследователи могут заставить механизм CRISPR найти свою цель, не преждевременно сокращая ген, сдерживая его действие до воздействия света», — говорит Джонс Хопкинс, доктор медицинских наук, доктор философии. кандидат Роджер Зоу, также член исследовательской группы. «Это позволяет исследователям гораздо лучше контролировать, где именно и когда вырезается ДНК», — добавляет он.

Другие исследовательские группы экспериментировали с лекарственными препаратами и световой активацией, чтобы контролировать время CRISPR, говорит Таекджип Ха, доктор философии, заслуженный профессор Bloomberg в области биофизики и биофизической химии, биофизики и биомедицинской инженерии в Университете Джона Хопкинса и Говард Хьюз Медицинский институт следователь. Эксперименты его команды отличаются тем, что улучшают точные сроки сокращений CRISPR и проверяют, насколько быстро белки восстанавливают повреждение ДНК.

Для текущего исследования команда Джона Хопкинса во главе с доктором философии Ха и Бин Ву, доцентом кафедры биофизики и биофизической химии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса, дала электрический импульс культурам эмбриона человека. клетки почки и клетки рака кости, которые открыли поры в клеточной мембране и позволили комплексу CRISPR с молекулой РНК, активируемой светом, скользить в клетки. Затем ученые подождали 12 часов, пока комплекс CRISPR не свяжется с целевым местом на геномной ДНК.

Когда они пролили свет на клетки, они проследили, сколько времени понадобилось комплексу CRISPR, чтобы сделать разрез.

Команда обнаружила, что в течение 30 секунд после включения света в клетки комплекс CRISPR сократил более 50 процентов своих целей.

Для дальнейшего изучения сроков восстановления ДНК ученые Джона Хопкинса проследили, когда белки, участвующие в восстановлении ДНК, зацепились за срезы ДНК. Они определили, что восстановительные белки начали свою работу в течение двух минут после активации CRISPR, и восстановление было завершено уже через 15 минут.

«Мы показали, что активируемая светом генная резка очень быстрая, и она потенциально может найти широкое применение в биомедицинских исследованиях». говорит Ха. «Выявление сроков срезов гена CRISPR позволяет нам более точно видеть биологические процессы». Ха и команда Джона Хопкинса назвали эту технику «очень быстрой CRISPR по требованию».

Ха также отметил, что активация светом обеспечивает лучший контроль местоположения, чем лекарства, которые могут широко распространяться в клетке.

Команда Джона Хопкинса также использовала микроскопы высокого разрешения, чтобы «увидеть», как восстанавливающие белки взаимодействуют с участком разреза CRISPR в живых клетках.

Они использовали эти микроскопы и сфокусированный луч света, чтобы показать, что они могут активировать разрезание CRISPR одной из двух копий генов, которые обычно находятся в клетках человека. Эта возможность, говорят они, дает возможность использовать CRISPR для изучения и в конечном итоге лечения состояний, связанных только с одной ненормальной копией гена, таких как болезнь Хантингтона.

«Существует большое исследовательское сообщество, заинтересованное в изучении повреждения ДНК и его воздействия», — говорит Ха. «Технология, которую мы разработали, хорошо подходит для изучения этого».

Ха отмечает, что ученые обычно используют ионизирующую радиацию или химические вещества для изучения повреждений ДНК. Хотя эти методы также могут быть быстрыми, говорит он, они не являются специфичными для определенного геномного места.

Команда подала предварительный патент на технологию CRISPR, описанную в этом исследовании ./p>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *