Gesundheit

Gen-editing-Enzyme in Aktion: Ergebnisse halten Versprechen für zukünftige Behandlung von menschlichen Krankheiten, die durch DNA-Mutationen

Zum ersten mal haben Wissenschaftler erfasst die hochauflösende, dreidimensionale Bilder von einem Enzym in den Prozess der präzise schneiden von DNA-Strängen.

Die Bilder-eingefangen mit einer Technik namens Kryo-Elektronen-Mikroskopie, oder cryo-EM — zeigen neue Informationen darüber, wie ein gen-editing-tool namens “ CRISPR-Cas9 funktioniert, das könnte helfen Forscher entwickeln Versionen, die effizienter arbeiten, und genau um Gene gezielt zu verändern.

Die Ergebnisse — die heute veröffentlicht in Nature Structural and Molecular Biology — halten Versprechen für die Zukunft die Behandlung und Prävention von einer Reihe von menschlichen Krankheiten, die durch DNA-Mutationen, von Krebs, Mukoviszidose und Chorea Huntington.

„Es ist spannend zu sehen, auf einem so hohen Niveau von detail, wie Cas9 tatsächlich funktioniert zu schneiden und zu Bearbeiten, die DNA-Stränge“, sagte UBC-Forscher Sriram Subramaniam, wer führte die cryo-EM-Studien. „Diese Bilder geben uns wertvolle Informationen zur Verbesserung der Effizienz des gene-editing-Prozess, so dass wir hoffentlich die richtigen Krankheit-verursachen von DNA-Mutationen mehr schnell und präzise in die Zukunft.“

CRISPR, kurz für CRISPR-Cas9, ist ein gen-editing-tool, in dem das Enzym Cas9 wirkt wie ein paar molekulare Scheren, die in der Lage schneiden DNA-Stränge. Sobald das Enzym macht Schnitte in der DNA an bestimmten Standorten, Einfügungen und änderungen vorgenommen werden können, daher die änderung der DNA-Sequenz.

Zum besseren Verständnis der Abfolge der Ereignisse, die in den Prozess eingebunden, Subramaniam und Kollegen verwendeten Kryo-EM-Technologie, um Bild des Cas9-Enzym bei der Arbeit. Die Bilder liefern erstmals Einblicke in die schrittweise molekulare Bewegungen, die auftreten, im Laufe des DNA-Schnitt durch Cas9, einschließlich eine Momentaufnahme der geschnittenen DNA, der immer noch an das Enzym unmittelbar vor dem release.

„Eine der wichtigsten Hürden für die Entwicklung von besseren gene-editing-tools verwenden Cas9 ist, dass wir nicht haben, die Bilder davon eigentlich schneiden DNA“, sagte der Studie co-senior-Autor, University of Illinois Forscher Miljan Simonovic. „Aber jetzt haben wir ein viel klareres Bild, und wir sehen auch, wie die Haupt-Domänen des Enzyms verschieben im Laufe der Reaktion, und dies kann ein wichtiges Ziel für die änderung.“

Die Subramaniam Labor war das erste zu erreichen, atomic resolution imaging von Proteinen und protein-gebundenen Medikamenten-Moleküle mittels Kryo-EM. In den letzten Jahren haben Sie der Pionier bei der Verwendung von cryo-EM zu visualisieren, eine Vielzahl von Proteinen, einschließlich metabolische Enzyme, Rezeptoren im Gehirn und DNA-protein-komplexe.

Die Studie wurde unterstützt durch die Mittel aus dem US National Cancer Institute, National Institutes of Health grants“, die UIC-Mitte für Klinische und Translational Sciences, und von einem Canada Excellence Research Chair position zugesprochen Subramaniam.

Wie die Canada Excellence Research Chair in Präzisions-Cancer Drug Design, Subramaniam leitet ein Labor zur Herbeiführung einer transformierenden Entdeckungen in Krebs, Neurowissenschaften und Infektionskrankheiten. Xing Zhu, die Studie der erste Autor, wie auch als co-Autor Sagar Chittori sind Mitglieder des Subramaniam Labor an der UBC.