Описана новая система молекулярного редактирования генома

Резюме. Протеин Cpf1, функционируя в качестве молекулярных ножниц, обеспечивает расщепление двухцепочечной ДНК. Это позволяет инициировать процесс модификации генома, улучшая применение данного вида технологий для устранения генетических аномалий, а также в иных медицинских и биотехнологических целях

В новом проекте исследователи Копенгагенского университета (University of Copenhagen), Дания, совместно с испанскими коллегами во главе с Гильермо Монтойя (Guillermo Montoya) раскрыли механизм функционирования протеина Cpf1, в качестве молекулярных ножниц обеспечивающего распаковку и расщепление ДНК. В частности, команде ученых Центра протеиновых исследований Ново Нордиск (Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research) при Факультете здравоохранения и медицинских наук Копенгагенского университета удалось визуализировать и описать процесс функционирования протеинового комплекса, позволяющего инициировать модификацию генома. Было показано, что белок Cpf1, являясь представителем семейства протеинов CRISPR-Cas, способен проявлять высокую точность, подобно GPS, идентифицируя свое назначение в сложной структуре генома. Указанные особенности протеина Cpf1, по мнению авторов проекта, в будущем позволят улучшить применение данного типа технологий в решении задач по устранению генетических дефектов, а также в иных медицинских и биотехнологических целях. Результаты работы опубликованы в журнале «Nature».

Руководитель исследования биохимик и молекулярный биолог Г. Монтойя отметил: «Подобные молекулярные ножницы, несомненно, позволят в будущем более безопасно модифицировать и редактировать генетический код, учитывая максимальную точность Cpf1 в распознавании ДНК-последовательности».

В настоящее время с подобными целями вырезания и вставки геномных последовательностей уже используется комплекс CRISPR Cas9. При этом известно, что расширяющееся применение указанной системы молекулярного генетического редактирования не ограничивается лишь модификацией геномов животных и растений, но также находит свое назначение в сфере терапии людей с онкологическими заболеваниями и болезнями сетчатки глаза. Тем не менее научные изыскания во всем мире направлены на поиск возможностей улучшения данной технологии редактирования генома для достижении еще большей ее точности и эффективности.

Данной цели были посвящены изучения новых ДНК-ориентированных белков, таких как Cpf1, манипуляция которыми сможет обеспечить точную направленность действия в заданной модификации генома. Команде ученых под руководством Г. Монтойи удалось достичь этого, используя рентгеновскую кристаллографию в процессе расшифровки молекулярных механизмов, контролирующих этот процесс. Объясняя достигнутые результаты, авторы подчеркнули, что основное преимущество Cpf1 состоит в его высокой специфичности и режиме расщепления ДНК, заключающееся в возможности формировать с помощью таких новых молекулярных ножниц шахматные концы, а не тупоконечные разрывы, как в случае с протеиновой системой Cas9. А это значимо облегчает введение и построение новых последовательностей ДНК.

Г. Монтойя добавил, что высокая точность Cpf1, распознающего целевую последовательность ДНК, функционирует подобно GPS, направляя систему Cpf1 в заданные участки сложной карты генома. Кроме того, по сравнению с другими белками, используемыми в решении аналогичных задач, Cpf1 также достаточно универсален и легко перепрограммируется.

В целом, по словам авторов работы, указанные свойства протеиновой системы Cpf1 обеспечивают ее особую привлекательность в использовании при лечении генетических заболеваний и опухолей. Кроме того, новая технология сможет применяться для модификации микроорганизмов с целью синтеза метаболитов, необходимых для производства лекарств и биотоплива.

• SINC (2017) New molecular scissors act like a GPS to improve genome editing. ScienceDaily, July 6 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170706113242.htm).
• Stella S., Alcón P., Montoya G. (2017) Structure of the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage. Nature, 546: 559–563.

Наталья Савельева-Кулик