DNA -enzymer kunne udkonkurrere proteinenzymer til genteknologi

Flyt dig, genredigeringsproteiner-der er en mindre, billigere, mere specifikt genteknisk værktøj på blokken:DNA -enzymer - små DNA -molekyler, der kan fungere som proteinenzymer.

Forskere ved University of Illinois Urbana-Champaign har udviklet en teknik, der, for første gang, tillader DNA-enzymer at målrette og skære dobbeltstrenget DNA, overvinde en betydelig begrænsning af teknologien. DNA -enzymer er blevet brugt til biosensering, DNA computing og mange andre applikationer. Imidlertid, når det kommer til gentekniske applikationer som f.eks. genredigering eller genterapi, de har stået over for en udfordring:DNA-enzymer har kun været i stand til at målrette steder på enkeltstrenget DNA, mens det DNA, der koder for gener i celler, er dobbeltstrenget. Forskerne offentliggjorde deres nye teknik i Journal of the American Chemical Society .

"DNA -enzymer har mange fordele, herunder højere stabilitet, mindre størrelse og lavere omkostninger end protein enzymer. Disse fordele passer perfekt til kravet om gentekniske værktøjer, "sagde studieleder Yi Lu, professor i kemi i Illinois. "Ingen DNA-enzymer kunne ændre dobbeltstrenget DNA indtil dette arbejde. Ved at få det til at ske, vi åbner døren for, at DNA -enzymer kan komme ind i hele verden af ​​genteknologi. "

I dobbeltstrenget DNA, de to tråde er specifikt parret sammen med komplementære sekvenser. For at gøre det muligt for DNA-enzymer at skære det dobbeltstrengede DNA, Illinois -teamet udviklede en teknik, der parrer DNA -enzymer med hjælpermolekyler kaldet peptidnukleinsyrer.

"PNA er et meget stærkt DNA -bindemiddel, stærk nok til at binde til en streng af det dobbeltstrengede DNA, selvom alle baserne allerede er parret med den anden streng, "sagde Mingkuan Lyu, en kandidatstuderende og den første forfatter af papiret. "Når denne proces sker, en streng af det dobbeltstrengede DNA vil blive optaget af PNA, og den anden streng vil blive udsat som enkeltstrenget DNA, tilgængelig for DNA -enzymet til at interagere. "

Holdet demonstrerede først teknikken, kaldet PNA-assisteret dobbeltstrenget DNA-nicking af DNA-enzymer, eller PANDA, på en syntetisk testsekvens for at bevise, at det virkede at klippe en eller begge tråde af et dobbeltstrenget DNA-mål. De testede også PANDAs evne til at skelne en specifik målsekvens fra lignende sekvenser. Dette er vigtigt, sagde forskerne, som utilsigtet off-target aktivitet er en af ​​de udfordringer, der har begrænset de kliniske anvendelser af proteinbaserede genredigeringsteknikker, såsom CRISPR.

"I CRISPR-Cas9, guiden RNA er ansvarlig for tilpasset målgenkendelse, men i PANDA, både DNAzymen og PNA er. Derfor, der er en iboende 'dobbeltkontrol' mekanisme i PANDA, gør det mere stringent i målspecificitet, "Lyu sagde." Vi testede specificiteten ved kun at mutere en base inden for målet. Det viste sig, at i de fleste tilfælde, PANDA kan genkende denne lille ændring og nægte at skære det forkerte mål. "

En anden fordel ved PANDA er dens lille størrelse-PNA og DNAzyme er tilsammen cirka fem gange mindre end CRISPR-Cas9-komplekset, Lu sagde-så den kunne få adgang til overfyldte steder i et kromosoms tætpakket DNA, som et stort protein ikke kunne nå.

Næste, forskerne planlægger at undersøge PANDA -systemets ydeevne målrettet mod gener af interesse for levende celler. De planlægger også at udvide kataloget over gener, som PANDA -systemet kan målrette mod.

"Målretningssekvenserne kan let ændres og tilpasses til specifikke applikationer, "Lu sagde." Derfor kan PANDA -systemet tjene som et nyt alternativt værktøj til en bred vifte af genteknologi og andre biokemiske og bioteknologiske anvendelser. "