Jak vylepšit přesnost genového editoru CRISPR?

CRISPR byl původně šikovným nástrojem imunuty bakterií proti útočícím fágům. Pak se ukázalo, že je to vlastně úžasný molekulární editor DNA v živé buňce. S CRISPRem je možné poměrně jednoduše přepsat geny anebo je prostě jenom vypnout. 

Dnes je z CRISPRu populární a rozšířený nástroj k editování DNA pro nejrůznější účely. Jeho budoucnost je více než slibná. Jenomže ani CRISPR není úplně bez chyb. Například se tu a tam splete. Není to moc často, ale i tak by jistě všichni byli rádi, kdy genový editor chyboval co nejméně.

Vědci Kalifornské univerzity v Berkeley a nemocnice Massachusetts General Hospital nedávno dosáhli cenného úspěchu, když identifikovali oblast proteinu Cas9 z editoru CRISPR, doménu zvanou REC3, která hraje klíčovou roli v přesnosti, s níž CRISPR pracuje při editování DNA. Zároveň se jim povedlo tuto oblast proteinu Cas9 upravit tak, že vznikl doslova hyper-přesný genový editor, který je nejpřesnějším ze všech známých variant editoru CRISPR.

Protein Cas9 vlastně představuje molekulární nůžky, mají za úkol vyhledat správné místo pro editaci DNA a pak ji rozstřihnout. Zmíněná doména REC3 proteinu Cas9, která je hlavním regulátorem stříhání DNA tímto proteinem, je navíc podle badatelů vhodným cílem pro ještě větší zpřesnění editování DNA. Úpravou toho místa by mohly vzniknout nové varianty editoru CRISPR, jejichž hlavním účelem bude co nejvíce omezit chyby, k nimž by mohlo dojít editací na nesprávném místě.

Když genoví editoři pracují s CRISPRem, tak k označení místa editace využívají molekulu sgRNA (single-guided RNA). To je řetězec RNA o délce cca 20 nukleotidů, který je komplementární k cílovému místu na editované DNA o stejné délce. Řetězec sgRNA navede molekulární nůžky Cas9 na cíl, kde pak rozstřihnout editovanou DNA. Problém je v tom, že komplex Cas9–sgRNA se může navázat na DNA, i když místo na DNA úplně přesně nesedí na hledanou sekvenci, Výsledkem pak je nežádoucí editování DNA tam, kde o to vlastně nikdo nestojí.

Badatelé zjistili, že je to právě zmíněná doména REC3, která zodpovídá za detekci přesného navázání naváděcí sekvence RNA na cílovou sekvenci DNA. Když doména REC3 detekuje úspěšné navázání sekvencí, tak spustí změny ve struktuře proteinu Cas9, které posléze vyústí v aktivaci molekulárních nůžek a přestřihnutí obou řetězců dvojřetězcové DNA.

Když vědci doménu REC3 mutovali, tak se jim podařilo zvýšit specificitu detekce cílové sekvence. Dosáhli toho, že se molekulární nůžky Cas9 aktivují pouze tehdy, když naváděcí sekvence sgRNA skutečně velmi těsně sedí na cílovou DNA. Vytvořili vylepšenou verzi proteinu Cas9, který je v editování sekvencí hyperpřesný. Vylepšenému a ve svých funkcích vyváženému proteinu říkají HypaCas9. Udržuje si účinnost editování DNA, ale zároveň skvěle rozlišuje cílová místa pro editaci v DNA.

Protein Cas9 a jeho vnitřní strukturu i funkci teď čeká další výzkum, díky němuž by se z genového editoru mohl stát velmi spolehlivý a dostupný nástroj pro použití v medicíně i ve výzkumu.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Původní zdroj:

Nature online 20. 9. 2017

Sekundární zdroj:

Berkeley News 20. 9. 2017