研究人員捕獲基因編輯酶的高分辨率3D圖像
科學(xué)家們第一次在精確切割DNA鏈的過(guò)程中捕獲了酶的高分辨率三維圖像。
使用稱為低溫電子顯微鏡或低溫電子技術(shù)的技術(shù)捕獲的圖像揭示了有關(guān)基因編輯工具CRISPR-Cas9如何工作的新信息，這可能有助于研究人員開發(fā)出更高效，更精確地運(yùn)行的版本。改變靶基因。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn) - 今天發(fā)表在“ 自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)”上 - 保證了未來(lái)治療和預(yù)防由DNA突變引起的一系列人類疾病，從癌癥到囊性纖維化和亨廷頓病。
“能夠如此高度詳細(xì)地了解Cas9究竟是如何切割和編輯DNA鏈的，這是令人興奮的，”負(fù)責(zé)冷凍EM研究的UBC研究員Sriram Subramaniam說(shuō)。“這些圖像為我們提供了寶貴的信息，可以提高基因編輯過(guò)程的效率，從而有望在未來(lái)更快，更準(zhǔn)確地糾正導(dǎo)致疾病的DNA突變。”
CRISPR-Cas9是一種基因編輯工具，其中Cas9酶就像一對(duì)能夠切割DNA鏈的分子剪刀。一旦酶在特定位點(diǎn)切割DNA，就可以進(jìn)行插入和編輯，從而改變DNA序列。
為了更好地理解過(guò)程中涉及的事件順序，Subramaniam及其同事使用低溫EM技術(shù)對(duì)Cas9酶進(jìn)行成像。這些圖像提供了Cas9在DNA切割過(guò)程中發(fā)生的逐步分子運(yùn)動(dòng)的前所未有的一瞥，包括在釋放之前仍然附著在酶上的切割DNA的快照。
阻止使用Cas9開發(fā)更好的基因編輯工具的主要障礙之一是我們沒(méi)有任何實(shí)際切割DNA的圖像。但現(xiàn)在我們有了更清晰的圖像，我們甚至可以看到酶的主要結(jié)構(gòu)域在反應(yīng)過(guò)程中是如何移動(dòng)的，這可能是一個(gè)重要的修改目標(biāo)。“
米利安西蒙諾維奇，伊利諾伊大學(xué)，研究的共同資深作者
Subramaniam實(shí)驗(yàn)室是第一個(gè)使用cryo-EM實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)結(jié)合藥物分子的原子分辨率成像的實(shí)驗(yàn)室。在過(guò)去幾年中，他們率先使用cryo-EM來(lái)顯示各種蛋白質(zhì)，包括代謝酶，腦受體和DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。
該研究得到了美國(guó)國(guó)家癌癥研究所，國(guó)立衛(wèi)生研究院撥款，UIC臨床和轉(zhuǎn)化科學(xué)中心以及加入Subramaniam的加拿大卓越研究主席職位的資助。
作為精確癌癥藥物設(shè)計(jì)的加拿大卓越研究主席，Subramaniam指導(dǎo)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，旨在實(shí)現(xiàn)癌癥，神經(jīng)科學(xué)和傳染病的變革性發(fā)現(xiàn)。該研究的第一作者Xing Zhu以及共同作者Sagar Chittori是UBC Subramaniam實(shí)驗(yàn)室的成員。
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