Исследователи из Университета Торонто (Канада) разработали новый, более мощный инструмент для редактирования генома – CHyMERA, – который позволяет одновременно удалять несколько генов или фрагментов генов в одной клетке. Метод помогает узнать, как различные участки ДНК взаимодействуют во время болезни и здорового состояния организма, передает портал EurekAlert!. Подробное описание технологии появилось в журнале Nature Biotechnology.
CHyMERA – сокращенно для Cas Hybrid – это новые мультизадачные «геномные ножницы», которые можно применить к любому типу клеток млекопитающих. Их предшественник – «ножницы» CRISPR – работают, посылая фермент Cas9 для резки ДНК в нужные участки генома через направляющие молекулы РНК, которые должны прикрепиться к участку-мишени. CHyMERA работает по такому же принципу, однако, в отличие от CRISPR-Cas9, объединяет два разных фермента для резки ДНК, Cas9 и Cas12a, чтобы обеспечить более универсальное применение технологии.
Cas12a – это фермент, который можно использовать для создания нескольких направляющих молекул РНК в одной и той же клетке, что является ключом для одновременного редактирования нескольких фрагментов цепи ДНК.
В одном из испытаний CHyMERA исследователи нацелились на пары генов, известных как паралоги. По сути, это копии одного гена, у них похожий код ДНК. Поскольку паралоги возникли из-за дупликации наследственного гена, предполагалось, что они в значительной степени будут играть сходные роли. С точки зрения эволюции это кажется бессмысленным – иметь два абсолютно одинаковых гена, поэтому функции паралогов могут немного различаться. Эти дубликаты до сих пор было сложно изучить: даже если удалить «геномными ножницами» один из них, другой компенсирует своего близнеца.
С помощью CHyMERA ученые смогли вырезать оба паралога попарно, чтобы увидеть, важна ли их наследственная функция для выживания клетки. Всего они удалили около 700 пар паралогов (то есть почти все, что существуют в геноме человека). Анализ подтвердил, что многие из этих пар генов действительно выполняют сходные роли в выживании клеток, тогда как другие выполняют различные функции.
Другая особенность CHyMErA заключается в том, что и Cas9, и Cas12a могут работать на близлежащих участках генома, чтобы вырезать такие фрагменты генома, как экзоны (участки ДНК, копии которых составляют зрелую РНК). Это позволило команде по отдельности удалить тысячи экзонов, которые были связаны с раком и функционированием мозга, но не поддаются нацеливанию с помощью Cas9. Экзоны по-разному включены в транскрипты генов и могут изменять функцию кодируемых белков, хотя то, как отдельные экзоны вносят вклад в клеточные процессы, остается в значительной степени неизвестным. Было обнаружено, что из 2000 экзонов, проанализированных с помощью CHyMERA, более 100 являются критически важными для выживания клеток, что позволяет будущим исследованиям сосредоточиться на том, чтобы изучить их потенциальную роль в заболевании.
[Иллюстрация: ERNESTO DEL AGUILA III, NATIONAL HUMAN GENOME RESEARCH INSTITUTE, NIH]
