Trọng tâm của mọi phản ứng CRISPR, dù xảy ra tự nhiên ở vi khuẩn hay được khai thác bằng công nghệ chỉnh sửa gen CRIPSR-Cas, là một liên kết phân tử mạnh mẽ của protein Cas thông qua RNA hướng dẫn đến vị trí đích của nó trên DNA. Nó giống như dây buộc trượt tuyết cỡ nano.
Michelle Wang, Giáo sư Khoa học Vật lý James Gilbert White và Điều tra viên của Viện Y khoa Howard Hughes thuộc Đại học Nghệ thuật và Khoa học cho biết: “Có sự cân bằng giữa việc liên kết ổn định và xuất hiện đúng lúc. "Điều chúng tôi thực sự muốn là khả năng điều chỉnh ái lực. Điều đó cho chúng tôi khả năng tinh chỉnh tiềm năng chỉnh sửa gen."
Theo Porter Hall, ứng cử viên tiến sĩ vật lý sinh học tại Phòng thí nghiệm Wang và là tác giả chính của ấn phẩm, liên kết với protein Cas không thể quá thoáng qua. Nếu nó không thể liên kết ổn định vùng đích của DNA, thì việc chỉnh sửa gen chính xác có thể không hiệu quả, có khả năng dẫn đến các hiệu ứng ngoài mục tiêu. Hall cho biết: “Nhưng nếu protein ở đó mãi mãi thì quá trình chỉnh sửa gen không thể hoàn thành.
Kiểm tra các cơ chế chính xác, ở cấp độ phân tử liên quan đến việc Cas liên kết với DNA, Wang và các đồng nghiệp đưa ra lời giải thích cơ học đầu tiên về cách thức protein vận động (RNA polymerase) loại bỏ dCas bị ràng buộc, một phiên bản của Cas được thiết kế để nhận ra trình tự DNA mà không cần thực hiện cắt.
Thông tin chi tiết này tiết lộ cách điều chỉnh loại bỏ Cas, góp phần vào các ứng dụng CRISPR trong tương lai.
"Tính phân cực của rào cản CRISPR đối với phiên mã" được xuất bản vào ngày 5 tháng 12 trên tạp chí Nature Structural & Molecular Biology . Những người đóng góp khác là các thành viên phòng thí nghiệm James Inman, Robert Fulbright và Tung Le, cùng với các cộng tác viên Guillaume Lambert, trợ lý giáo sư về vật lý kỹ thuật và ứng dụng, Cornell Engineering, và Joshua Brewer và Seth Darst từ Đại học Rockefeller.
Các nhà nghiên cứu viết: “Để nhận ra đầy đủ tiềm năng của công nghệ CRISPR, điều quan trọng là phải có được sự hiểu biết cơ học sâu sắc về sự ổn định liên kết của Cas”. "Công trình này nhấn mạnh tầm quan trọng của vòng lặp R trong tính ổn định liên kết của dCas và cung cấp những hiểu biết cơ học có giá trị cho các ứng dụng rộng rãi của công nghệ CRISPR."
Phòng thí nghiệm Wang điều tra cách các protein vận động di chuyển khi chúng di chuyển dọc theo các chuỗi DNA, thực hiện các quá trình sinh học quan trọng.
(adv)
Wang cho biết protein động cơ RNA polymerase tác động lên "rào cản" khi nó thực hiện chức năng biểu hiện gen, sao chép DNA sang RNA. Trong nghiên cứu này, rào cản là Cas (dCas) thiếu endonuclease.
Trước đây, bằng cách sử dụng nhíp quang tử nano, các nhà nghiên cứu đã tách hai chuỗi DNA một cách cơ học để vạch ra vị trí của protein dCas liên kết trên DNA. Họ gọi đây là trình lập bản đồ giải nén DNA.
Nghiên cứu trước đây đã xác định rằng việc loại bỏ dCas bằng protein vận động chỉ có thể thực hiện được từ một phía (một cực). Bằng cách sử dụng trình lập bản đồ giải nén cho nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu của Cornell đã phát hiện ra lý do: bởi vì RNA polymerase có thể thu gọn vòng lặp được hình thành giữa RNA hướng dẫn và DNA đích (được gọi là "vòng lặp R") của một dCas bị ràng buộc chỉ từ một phía, nên phía xa (hoặc cách xa) so với PAM (mô-đun liền kề tiền vũ trụ), một chuỗi DNA ngắn dài 2-6 cặp bazơ, theo sau vùng DNA được nhắm mục tiêu để phân tách.
Sau khi các nhà nghiên cứu mô tả cách thức hoạt động của cơ chế, họ cũng chỉ ra cách điều chỉnh độ ổn định của vòng lặp dCas R bằng cách sửa đổi RNA hướng dẫn.
Wang cho biết: “Chúng tôi hy vọng rằng kiến thức cơ bản về cách thức hoạt động của protein Cas cuối cùng có thể dẫn đến việc chỉnh sửa gen hiệu quả hơn và ứng dụng rộng rãi hơn của công nghệ CRISPR”.
Nguồn Đại học Cornell
