Las proteínas de corte de ADN centrales para CRISPR-Cas9 y las herramientas de edición de genes relacionadas originalmente provenían de bacterias, pero una variedad recién descubierta de proteínas Cas aparentemente evolucionó en virus que infectan bacterias.
Las nuevas proteínas Cas se encontraron en los virus infecciosos de bacterias más grandes conocidos, llamados bacteriófagos, y son las variantes de Cas de trabajo más compactas descubiertas hasta ahora: la mitad del tamaño del caballo de batalla actual, Cas9.
Las proteínas Cas más pequeñas y compactas son más fáciles de transportar a las células para realizar la edición del genoma, ya que pueden empaquetarse en pequeños vehículos de entrega, incluido uno de los más populares: un virus desactivado llamado virus adenoasociado AAV.las proteínas también dejan espacio dentro del AAV para carga adicional.
Como una de las proteínas Cas más pequeñas conocidas hasta la fecha, la CasΦ Cas-phi recientemente descubierta tiene ventajas sobre las herramientas actuales de edición del genoma cuando deben entregarse a las células para manipular genes de cultivos o curar enfermedades humanas.
"Los adenovirus son el caballo de Troya perfecto para entregar editores de genes: puedes programar fácilmente los virus para que lleguen a casi cualquier parte del cuerpo", dijo Patrick Pausch, becario postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley, y en la Universidad de Berkeley de UC Berkeley.Genomics Institute IGI, un grupo conjunto de investigación de UC Berkeley / UCSF dedicado a descubrir y estudiar nuevas herramientas para la edición de genes en la agricultura y las enfermedades humanas. "Pero solo puedes empacar un Cas9 realmente pequeño en un virus para entregarlo. Sitendría otros sistemas CRISPR-Cas que son realmente compactos, en comparación con Cas9, que le da suficiente espacio para elementos adicionales: diferentes proteínas fusionadas a la proteína Cas, plantillas de reparación de ADN u otros factores que regulan la proteína Cas y controlan el resultado de edición de genes"
Aparentemente, estos "megáfagos" usan la proteína CasΦ, la letra griega Φ, o phi, se usa como abreviatura de bacteriófagos, para engañar a las bacterias para que luchen contra los virus rivales, en lugar de sí mismas.
"Lo que realmente me interesó en estudiar esta proteína específicamente es que todos los sistemas CRISPR-Cas conocidos fueron descubiertos originalmente en bacterias y Archaea para defenderse de los virus, pero este fue el único momento en que un tipo completamente nuevo de CRISPR-El sistema Cas se encontró por primera vez, y hasta ahora solo se encontró, en genomas virales ", dijo Basem Al-Shayeb, un estudiante de doctorado en el IGI." Eso nos hizo pensar en lo que podría ser diferente de esta proteína, y con eso vino muchode propiedades interesantes que luego encontramos en el laboratorio "
Entre estas propiedades: CasΦ evolucionó para ser racionalizado, combinando varias funciones en una proteína, de modo que puede prescindir de la mitad de los segmentos de proteína de Cas9. Es tan selectivo para atacar regiones específicas de ADN como la enzima Cas9 original de las bacterias,e igual de eficiente, y funciona en bacterias, células animales y vegetales, lo que lo convierte en un editor de genes prometedor y ampliamente aplicable.
"Este estudio muestra que esta proteína CRISPR-Cas codificada por virus es realmente muy buena en lo que hace, pero es mucho más pequeña, aproximadamente la mitad del tamaño de Cas9", dijo la directora ejecutiva de IGI Jennifer Doudna, profesora de UC Berkeleyde biología molecular y celular y de química y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Eso es importante, porque podría hacer que sea mucho más fácil llevarlo a las células que lo que estamos encontrando con Cas9. Cuando pensamos en cómo se aplicará CRISPRen el futuro, ese es realmente uno de los cuellos de botella más importantes en el campo en este momento: la entrega. Creemos que este sistema CRISPR-Cas codificado por virus muy pequeño puede ser una forma de romper esa barrera ".
Pausch y Al-Shayeb son los primeros autores de un artículo que describe CasΦ que aparecerá esta semana en la revista ciencia .
Biggiephages llevan sus propias proteínas Cas
La proteína CasΦ fue descubierta por primera vez el año pasado por Al-Shayeb en el laboratorio de Jill Banfield, profesora de ciencias de la tierra y planetarias y del medio ambiente, política y gestión de UC Berkeley. Los megáfagos que contenían CasΦ formaban parte de un grupo al que llamaron Biggiephagey se encontraron en una variedad de entornos, desde piscinas vernales y pisos de bosque saturado de agua hasta lagunas de estiércol de vaca.
"Utilizamos la secuencia metagenómica para descubrir las bacterias, las arqueas y los virus en muchos entornos diferentes y luego exploramos sus inventarios de genes para comprender cómo funcionan los organismos de forma independiente y en combinación dentro de sus comunidades", dijo Banfield. "Sistemas CRISPR-Cas en fagosson un aspecto particularmente interesante de la interacción entre virus y sus hosts "
Si bien la metagenómica permitió a los investigadores aislar el gen que codifica para CasΦ, su secuencia solo les dijo que era una proteína Cas en la familia Tipo V, aunque evolutivamente distante de otras proteínas Tipo V Cas, como Cas12a, CasX Cas12ey Cas 14. No tenían idea de si era funcional como sistema inmunitario contra el ADN extraño. El estudio actual mostró que, de forma similar a Cas9, CasΦ se dirige y escinde genomas extraños en células bacterianas, así como ADN bicatenario en riñón embrionario humanocélulas y células de la planta Arabidopsis thaliana. También puede apuntar a un rango más amplio de secuencias de ADN que Cas9.
La capacidad de CasΦ de cortar ADN bicatenario es una gran ventaja. Todas las demás proteínas compactas Cas cortan preferentemente ADN monocatenario. Por lo tanto, si bien pueden encajar perfectamente en sistemas de administración compactos como AAV, son mucho menos útiles al editarADN, que es bicatenario, dentro de las células.
Como fue el caso después de que la habilidad de edición de genes de Cas9 fuera reconocida por primera vez en 2012, hay mucho espacio para optimizar CasΦ para la edición de genes y descubrir las mejores reglas para diseñar ARN guía para atacar genes específicos, dijo Pausch.
Otros coautores del artículo son Ezra Bisom-Rapp, Connor Tsuchida, Brady Cress y Gavin Knott de UC Berkeley y Zheng Li y Steven E. Jacobsen de UCLA. Los investigadores fueron financiados, en parte, por Paul G.Allen Frontiers Group, Consorcio de Edición del Genoma de Células Somáticas de los Institutos Nacionales de Salud U01AI142817-02 y National Science Foundation DGE 1752814.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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