Нова версія знаменитого редактора CRISPR/Cas працює з ДНК на порядки точніше і притому без шкоди для швидкості редагування.
Генетичним редактором CRISPR/Cas користуються не тільки в фундаментальних дослідженнях, але і в медицині: так, минулого літа ми писали, як CRISPR/Cas використовували проти спадкової полінейропатії. Як він працює, ми знову ж таки неодноразово розповідали, і детальніше всього у статті, присвяченій Нобелівській премії з хімії 2020 р.: її дали якраз за винахід цього методу. CRISPR/Cas став виключно популярним завдяки простоті, універсальності та точності: за його допомогою можна швидко і досить точно змінити практично будь-яку значиму послідовність ДНК в будь-якому геномі.
Однак досить точно - не означає абсолютно точно. CRISPR/Cas допускає помилки, тобто змінює ДНК не тільки там, де треба, але і там, де не треба, і деякі дослідники вважають, що якраз в людському геномі він може дозволити собі особливо багато зайвого. Можна змінити сам апарат CRISPR/Cas, щоб він став працювати точніше. Але тут за точність доводиться розплачуватися швидкістю - CRISPR/Cas починає працювати дуже повільно. Між тим, швидкість в молекулярно-клітинних справах важлива: CRISPR/Cas збирається зробити те, що повинен, клітина може якось змінитися (поділитися, врешті-решт), так що момент для редагування геному буде втрачено.
Співробітники Техаського університету в Остіні пропонують в Nature таку модифікацію CRISPR/Cas, яка підвищує його точність без шкоди для швидкості. Дослідники уважно вивчили структуру молекулярного комплексу редактора, щоб більш детально розібратися в тому, чому він помиляється. CRISPR/Cas шукає місце для редагування за допомогою маршрутної молекули РНК, або РНК-гіда (її так і називають - gRNA, тобто guide-RNA). Послідовність маршрутної РНК збігається з послідовністю того місця в клітинній ДНК, яке потрібно змінити. Маршрутну РНК дослідники вручають білку Cas, який і шукає потрібне місце в геномі. Шукає він, порівнюючи послідовності в РНК, яку тягне з собою і в ДНК. Послідовності повинні збігтися протягом двадцяти генетичних букв-нуклеотидів. Однак літери з вісімнадцятої по двадцяту білок порівнює наче глаза, допускаючи, що вони можуть не збігатися.
Дослідники виявили в тривимірній структурі Cas9 (з усіх Cas-білків його використовують найчастіше) невелику ділянку, петлю в кілька амінокислот, через яку трапляються неточності в роботі всього білка. Якщо маршрутна РНК і ДНК не збігаються в нуклеотидах, між ними не утворюється достатньо сильного зв'язку, тобто комплекс між РНК і ДНК залишається нестабільним, і Cas9 йде шукати потрібну послідовність далі. Але якщо розбіжності припадають на нуклеотиди в РНК з вісімнадцятого по двадцятий, та сама амінокислотна петля в структурі Cas9 стабілізує обидві нуклеїнові кислоти разом, так що білку в цілому здається, що збіг повний і мета знайдена.
Якщо внести до Cas9 певні мутації, щоб ця петля перестала робити те, що вона робить, точність редактора стає набагато вищою - ймовірність того, що він буде редагувати ДНК в неправильному місці, зменшується в 4000 разів. При цьому працює він зі звичайною швидкістю. Поки що нову версію CRISPR/Cas протестували просто на молекулах ДНК, але найближчим часом дослідники хочуть перевірити його в живих клітинах.