مشخص شدن ساختار کلیدی مجموعه ابزار ویرایش ژنوم CRISPR

به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی، محققان موسسه Broad و MIT با همکارانشان از دانشگاه توکیو تیمی را تشکیل دادند تا اولین تصویر با کیفیت بالا از مجموعه Cas9 را بوجود آوردند. این جزء یک بخش کلیدی از سیستم CRISPR -CAS است که به عنوان یک ابزار ویرایش ژنوم برای خاموش کردن ژن و بررسی سلول ها توسط دانشمندان مورد استفاده قرار می گیرد.  

انتظار می رود این یافته ها کمک حال محققان باشد و به منظور درمان بیماری ژنتیکی انسان، ابزار های بیشتری را برای سرعت بخشیدن به تحقیقات ژنومی به همراه داشته باشد.

CRISPR ها اولین بار در باکتری و در سال 1987 کشف شدند، اما اخیرا به عنوان ابزار ویرایش ژنوم تحت کنترل در آمده است. این ابزار به محققان اجازه می دهد تا در میان سه میلیارد توالی ژنوم انسان جستجو کنند و ترتیبات مشکل آفرین را قطع و یا حتی تغییر دهد. مجموعه Cas9 (شامل CRISPR وRNA راهنما است که آنزیم را به DNA هدف خود هدایت می کند) برای این فرایند حیاتی است.

Feng Zhang (محقق مرکز تحقیقات McGovern ، استادیار MIT وعضو ارشد موسسه Broad) می گوید: می توان مجموعه Cas9 را به عنوان موشک هدایت شونده نهایی در نظر گرفت، که ما می توانیم از آن برای هدف قرار دادن جایگاه های دقیق در ژنوم استفاده کنیم. این مطالعه یک طرح کلی از کل سیستم را ارائه کرد که موشک (پروتئین Cas9)، دستورالعمل های برنامه نویسی (RNA راهنما) و DNA هدف را نشان داد. همچنان راز نحوه چگونگی کارکرد عملکرد این قطعات برای تشکیل یک سیستم کلی را نشان داد.

به منظور ساختارشکنی این سیستم، تیم هایی تشکیل شد تا بر روی این ساختار پیچیده کار کنند.

تیم ها برای آشکار کردن جزئیات ساختار پیچیده Cas9 با همدیگر کار کردند. تلاش های آنها نشان داد که یک تقسیم کار در داخل مجموعه Cas9 وجود دارد. محققان مشخص کردند که پروتئین Cas9 دارای دو لوب است: یک لوب در تشخیص عناصر RNA و DNA درگیر است، در حالی که لوب دیگر مسئول شکستن DNA هدف و ایجاد چیزی موسوم به "شکستن دو رشته" است که ژن هدف را غیر فعال می کند. این تیم همچنین دریافتند که ساختار های کلیدی در Cas9 با RNA راهنما درگیر می شود و به Cas9 اجازه می دهد تا خود را در اطراف RNA و DNA هدف سازماندهی کرده تا آن را برای قطع شدن آماده سازد.

شناسایی ویژگی های کلیدی مجموعه Cas9 بایستی محققان را به منظور مناسب تر شدن نیاز هایشان قادر به بهبود ابزار ویرایش ژنوم سازد.

Zhang (که یکی از بنیانگذاران Editas Medicine نیز هست) می گوید: تا کنون بسیار دشوار بود که Cas9 را مهندسی کنند. اما حالا که ما این اطلاعات ساختاری را داریم، می توانیم یک رویکرد اصولی در مهندسی پروتئین و به منظور موثر ساختن آن ایجاد کنیم.

در حال حاضر، Cas9 برای خاموش کردن ژن های سلولهای پستانداران (در جایگاه های مختلفی در سراسر ژنوم) مورد استفاده قرار گرفت وکتابخانه های بزرگی از توالی های RNA برای هدایت Cas9 به ژن های مورد علاقه ایجاد شد. با این حال، سیستم تنها می تواند انواع خاصی از جایگاه ها را مورد هدف قرار دهد. برخی مطالعات نیز نشان داده اند که RNA می تواند Cas9 را به خارج از هدف هدایت کند، که به طور بالقوه باعث ایجاد مشکلات غیر منتظره در ماشین آلات سلولی می شود.

محققان به منظور متوجه ساختن این نگرانی ها، قصد استفاده از این تصویر دقیق و جدید از مجموعه Cas9 را دارند.

به گفتهF. Ann Ran(فارغ التحصیل آزمایشگاه Zhang)درک این ساختار ممکن است به ما کمک کند تا محدودیت های فعلی از مجموعه Cas9 را اداره کنیم و در آینده می تواند به ما اجازه دهد تا نسخه هایی از این ابزار ویرایش را که برای نیازهای پژوهشی ما مشخص تر هستند را طراحی کنیم. ما حتی ممکن است قادر به تغییر انواع توالی های اسید نوکلئیکی باشیم که Cas9 می تواند آن را مورد هدف قرار دهد.

چنین پیشرفت های تکنولوژیکی لازم است اگر سیستم CRISPR -CAS تبدیل به به یک ابزار درمانی برای درمان بیماری ژنتیکی شود.

منبع:

Hiroshi Nishimasu, F. Ann Ran, Patrick D. Hsu, Silvana Konermann, Soraya I. Shehata, Naoshi Dohmae, Ryuichiro Ishitani, Feng Zhang, Osamu Nureki. Crystal Structure of Cas9 in Complex with Guide RNA and Target DNA. Cell, 2014; DOI: 10.1016/j.cell.2014.02.001

منبع : Vimb