Mikroskopi afslører mekanismen bag det nye CRISPR-værktøj

Ny forskning fra Cornell giver indsigt i en række CRISPR-systemer, som kan føre til lovende antivirale og vævstekniske værktøjer i dyr og planter.

Forskningen udført af Ailong Ke, Robert J. Appel-professoren i molekylærbiologi og genetik ved College of Arts and Sciences og Stan J.J. Brouns ved Delft University of Technology i Holland, fokuserer på et nyopdaget CRISPR RNA-guidet Caspase-system, også kendt som Craspase.

CRISPR-Cas-systemer er RNA-styrede nukleaser i bakterier, der spalter virale DNA- eller RNA-mål på præcise steder for at muliggøre kraftfulde genom-redigeringsapplikationer. Caspaser er en familie af proteaser, der kontrollerer programmeret celledød hos dyr, inklusive mennesker. En nylig opdagelse af, at caspaselignende proteiner kunne associere med CRISPR-Cas, elektrificerede det videnskabelige samfund. Sådanne CRISPR-guidede caspaser fik et nyt navn, Craspase.

"På den ene side var denne sammenhæng fuldstændig uventet og peger på nye måder at antiviral virkning på i bakterier," sagde Ke. "På den anden side kunne vi bruge et system som dette til at udvikle mange bioteknologiske og terapeutiske applikationer, hvis vi forstår alle dimserne i dette maskineri."

Forskernes papir om emnet, "Craspase is a CRISPR RNA-guided, RNA-activated protease," blev offentliggjort den 24. august i Science . Til dette papir brugte forskere kryo-elektronmikroskopi-øjebliksbilleder af Craspase-systemer til at forklare, hvordan de spalter til mål-RNA og aktiverer proteaseenzymer, som kan nedbryde protein.

"Disse snapshots fører til en high-definition molekylær film," sagde Ke. "Ved at se det frem og tilbage ved vi præcist, hvordan Craspase identificerer et RNA-mål, hvordan dette igen aktiverer proteasen, hvor længe aktiviteten varer ved, og hvad der til sidst lukker proteaseaktiviteten fra. Idéer begynder at strømme ind, om hvordan man kan trække strøm fra denne platform."

Medforfatter Chunyi Hu, en postdoktor i Kes laboratorium, sagde, at der var en enorm interesse for Craspase-systemet. "Masser af konkurrence. Vi og vores hollandske samarbejdspartnere slog vores kræfter sammen og arbejdede dag og nat for at løse gåden," sagde Hu. "Processen rummer spændende potentiale, fordi produktionen af ​​Craspase er protein snarere end DNA-nedbrydning."

"Med andre CRISPR-teknologier bekymrer man sig om, hvorvidt de enzymer, vi bruger til at redigere vores DNA, er sikre nok, hvis der kan være sideskader eller off-targeting," sagde Ke. "Med Craspase kan vi opnå mange af de samme gavnlige terapeutiske resultater uden at bekymre os om sikkerheden af ​​vores genom."

Det arbejde, der er rapporteret i papiret, hjælper også forskere med at forstå, hvad Craspase gør inde i bakterieceller, sagde Ke. "Vores samarbejdspartneres arbejde viste, at det er som en master switch - den proteolytiske spaltning udløser en kaskade af begivenheder i bakteriecellerne, der sandsynligvis dræber dem til sidst," sagde Ke. "Vi har et delvist svar i denne undersøgelse. Vi undersøger stadig."

Denne nylige forskning vil også hjælpe videnskabsmænd med at forstå lighederne mellem programmeret celledød i menneskelige cellebaner og den samme proces i bakterielle cellebaner.

"Vi indser, at det samme sæt af proteaser (caspaser) styrer de programmerede celledødsveje i begge livets riger," sagde Ke. "Denne observation afslørede, hvor dybt rodfæstet denne vej er."

Udover at gå dybere ind i den funktionelle side af denne proces, sagde Ke, og holdet vil bevæge sig ind på applikationssiden, som kunne omfatte vævsteknologi i dyr og landbrugsteknik. "Jeg håber, at flere efterforskere vil sætte pris på potentialet i dette system og slutte sig til," sagde Ke. "Vi tænker alle på CRISPR-guidet nuklease som et værktøj til at helbrede genetiske sygdomme, men CRISPR-guidede proteaser kan have indflydelse på biologien på en meget bredere måde." + Udforsk yderligere

Discovery giver udgangspunkt for bedre genredigeringsværktøjer