Новый механизм CRISPR может предотвращать опасные ошибки редактирования генов

Исследователи из Университета штата Огайо в двух статьях в Journal of the American Chemical Society (JACS) раскрыли новые детали работы системы CRISPR-Cas9.

Как Cas9 решает, когда и где резать ДНК

В первой статье учёные определили механизм, с помощью которого фермент Cas9 определяет место и время разрезания цепей ДНК. Это открытие может помочь предотвратить ошибки редактирования генов.

Исследователи установили, что две разные части крупной молекулы Cas9 взаимодействуют друг с другом, чтобы задать местоположение и время разреза. Когда первая часть молекулы начинает резать свою цепь ДНК, она слегка меняет форму и «подталкивает» вторую часть, запуская разрез второй цепи.

• Первый разрез происходит быстро.
• Второй разрез происходит гораздо медленнее и не произошёл бы без сигнала от первой части.

Понимание этого процесса — фундаментальный шаг к предотвращению нецелевого (off-target) разрезания ДНК.

Cas9 режет ДНК неравномерно

Во второй статье исследователи опровергли широко распространённое мнение о том, что Cas9 разрезает обе цепи ДНК («перекладины лестницы») на одинаковой длине. Они показали, что фермент фактически обрезает одну сторону короче, чем другую.

После первоначального двуцепочечного разреза Cas9 остаётся прикреплённым к ДНК достаточно долго, чтобы сделать второй «надрез» только на одной половине молекулы ДНК. Это происходит из-за сильного электростатического притяжения (Cas9 имеет сильный положительный заряд, а ДНК — отрицательный) и прочного спаривания направляющей РНК с одной из цепей ДНК.

Это открытие может быть полезно для манипулирования ДНК в биотехнологии. Образовавшиеся «липкие» (ступенчатые) концы ДНК позволяют соединять несколько фрагментов ДНК в определённом порядке и ориентации, что потенциально повышает эффективность вставки генов.