Молекулярные биологи научились исправлять ошибки упаковки ДНК
Этот подход может стать революционным в лечении различных генетических заболеваний у людей.
Молекулярные биологи из ведущих американских университетов - Медицинской школы Бейлорского университета, Стэндфордского, Гарвардского университетов, Массачусетского технологического института разработали новый метод, с помощью которого можно редактировать геном. Или, как говорят сами авторы, – делать «операции» на уровне генома.
Метод основан на изменении упаковки ДНК в хромосомах.
Длина молекулы ДНК составляет около двух метров, и такая огромная структура помещается в крошечной хромосоме в ядре клетки. Добиться такой компактности удается за счет упаковки. Упаковка происходит так, что спираль ДНК наматывается на комплекс определенных белков, как на катушку. Количество изгибов превышает десять тысяч.
Недавно молекулярным биологам из Медицинской школы Бейлорского университета удалось выяснить, что аномалии упаковки и скручивания ДНК приводят к различным генетическим заболеваниям. Причем, как показывали исследования, скручивание определяется тем, как основания на концах изгибов объединяются с одним из ДНК-связывающих белков - так называемых «цинковых пальцев». В данном случае белком - «цинковым пальцем» CTCF.
«Цинковые пальцы» - это группа ДНК-связывающих белков. В их структуре имеется характерный домен, включающий два цистеиновых и один гистидиновый остаток. Эти аминокислоты взаимодействуют с ионом цинка, а расположенная между ними полипептидная цепочка образует петлю в форме пальца. Цинковые пальцы – это регуляторы транскрипции, иными словами, регуляторы работы гена.
В своем нынешнем исследовании ученые совершили большой шаг вперед – им удалось показать, что изменяя последовательность на изгибах ДНК, можно влиять на сам процесс укладки ДНК и формирование изгибов.
«Это означает, что теоретически возможно устранять ошибки в укладке ДНК, при этом никак не повреждая соседние участки», - говорит ведущий автор исследования доктор Эрез Эйден (Erez Lieberman Aiden).
Для редактирования укладки ДНК авторы использовали так называемую CRISPR-систему. В основе работы этой системы лежит белок Cas9, разрезающий двуцепочечную цепь ДНК клетки, чтобы туда можно было вставить нужный отрезок. С помощью РНК-гидов, коротких направляющих последовательностей РНК, генетики научились показывать Cas9 место, где необходимо выполнить разрез.
«Использование этой системы позволило нам работать, как будто «генетическим скальпелем» и добавлять или удалять различные небольшие участки генетического кода. Эти манипуляции дают возможность изменять укладку ДНК, причем, точно добиваясь той укладки, которая нам нужна», - говорит один из авторов исследования аспирант Сухас Рао (Suhas Rao).
«Белок CTCF работает, как код, который и определяет скручивание ДНК. Теперь, когда нам удалось разгадать этот код, мы можем контролировать и весь процесс укладки ДНК», - говорит один из авторов исследования Эрик Ландер (Eric Lander).
Более подробно о результатах этого исследования можно прочитать в свежем выпуске журнала PNAS.