एक इंजीनियर बैक्टीरियल विष का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है एक जीन है कि संपादक भी कर सकते हैं-आधार में परिवर्तन मानव माइटोकॉन्ड्रिया — ScienceDaily


जीनोम में माइटोकॉन्ड्रिया — सेल की ऊर्जा उत्पादक अंगों में से एक है-रोग में शामिल है और महत्वपूर्ण जैविक कार्यों, और क्षमता के लिए ठीक इस परिवर्तन डीएनए की अनुमति होगी वैज्ञानिकों अधिक जानने के लिए के प्रभाव के बारे में इन जीन और परिवर्तन. लेकिन सटीक संपादन प्रौद्योगिकियों कि क्रांति ला दी है डीएनए के संपादन में सेल नाभिक में असमर्थ किया गया है तक पहुँचने के लिए माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम.

अब, एक टीम में व्यापक संस्थान एमआईटी और हार्वर्ड और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ मेडिसिन टूट गया है इस बाधा के साथ एक नए प्रकार की आणविक संपादक है कि कर सकते हैं सटीक C* जी-करने के लिए-टी* एक nucleotide परिवर्तन में mitochondrial डीएनए. संपादक, इंजीनियर से एक जीवाणु विष सक्षम बनाता है, मॉडलिंग की रोग-जुड़े mitochondrial डीएनए परिवर्तन, के लिए दरवाजे खोलने की एक बेहतर समझ आनुवंशिक परिवर्तन के साथ जुड़े कैंसर, उम्र बढ़ने, और अधिक.

काम में वर्णित है प्रकृतिसाथ , सह पहले लेखक बेवर्ली Mok, एक स्नातक छात्र से व्यापक संस्थान और हार्वर्ड विश्वविद्यालय, और मार्कोस डे मोरेस, एक postdoctoral साथी में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के (UW).

काम किया गया था संयुक्त रूप से की देखरेख के द्वारा यूसुफ Mougous, UW प्रोफेसर के सूक्ष्म जीव विज्ञान और एक अन्वेषक में हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट (HHMI), और डेविड लियू, रिचर्ड Merkin प्रोफेसर और निदेशक के Merkin संस्थान के परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकियों में स्वास्थ्य सेवा में व्यापक संस्थान, प्रोफेसर, रसायन विज्ञान और रासायनिक जीव विज्ञान के हार्वर्ड विश्वविद्यालय, और HHMI अन्वेषक.

“की टीम द्वारा विकसित एक नए तरीके से छेड़छाड़ के डीएनए और इसका इस्तेमाल करने के लिए ठीक से संपादित मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम पहली बार के लिए, हमारे ज्ञान करने के लिए — एक समाधान उपलब्ध कराने के लिए एक लंबे समय से चुनौती आण्विक जीव विज्ञान में,” ने कहा लियू. “काम के लिए एक वसीयतनामा है सहयोग में बुनियादी और अनुप्रयुक्त अनुसंधान, और हो सकता है आगे अनुप्रयोगों से परे mitochondrial जीव विज्ञान.”

एजेंट के जीवाणु युद्ध

सबसे वर्तमान दृष्टिकोण का अध्ययन करने के लिए विशिष्ट रूपों में mitochondrial डीएनए का उपयोग कर शामिल रोगी व्युत्पन्न कोशिकाओं, या एक छोटी संख्या के पशु मॉडल में जो परिवर्तन हुआ है मौका. “लेकिन इन तरीकों मुद्रा प्रमुख सीमाओं, और बनाने के नए, परिभाषित मॉडल असंभव हो गया है,” ने कहा कि के सह-लेखक Vamsi Mootha, संस्थान के सदस्य और सह-निदेशक के चयापचय कार्यक्रम पर व्यापक. Mootha भी एक HHMI अन्वेषक और मेडिसिन के प्रोफेसर मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल में.

जबकि CRISPR-आधारित प्रौद्योगिकियों के तेजी से कर सकते हैं और ठीक से संपादित सेल नाभिक में डीएनए, बहुत सुविधाजनक मॉडल के निर्माण के लिए कई रोगों, इन उपकरणों में सक्षम नहीं किया गया संपादित करने के लिए mitochondrial डीएनए क्योंकि वे भरोसा करते हैं पर एक गाइड आरएनए को लक्षित करने के लिए एक स्थान जीनोम में. Mitochondrial झिल्ली की अनुमति देता है, प्रोटीन में प्रवेश करने के लिए organelle है, लेकिन नहीं है करने के लिए जाना जाता है, सुलभ रास्ते के परिवहन के लिए शाही सेना.

का एक टुकड़ा एक संभावित समाधान उठी जब Mougous लैब की पहचान एक जहरीले प्रोटीन द्वारा बनाया रोगज़नक़ Burkholderia cenocepacia. इस प्रोटीन को मार सकते हैं अन्य बैक्टीरिया द्वारा सीधे बदल साइटोसिन (C) करने के लिए uracil (यू) में डबल-असहाय डीएनए.

“क्या विशेष है के बारे में इस प्रोटीन, और क्या करने के लिए सुझाव दिया है कि हमें यह हो सकता है, अद्वितीय संपादन आवेदन है, अपनी क्षमता को लक्षित करने के लिए डबल-असहाय डीएनए. सभी पहले से वर्णित deaminases है कि लक्ष्य डीएनए पर ही काम एकल-असहाय रूप है, जो सीमा के कैसे वे इस्तेमाल किया जा सकता है के रूप में जीनोम संपादकों ने कहा,” Mougous. उनकी टीम निर्धारित संरचना और जैव रासायनिक विशेषताओं के विष कहा जाता है, DddA.

“हमने महसूस किया कि इस के गुण ‘जीवाणु युद्ध एजेंट’ अनुमति दे सकता है, यह जोड़ा जा करने के लिए के साथ एक गैर-CRISPR-आधारित डीएनए-लक्ष्यीकरण प्रणाली को ऊपर उठाने, बनाने की संभावना के आधार संपादकों पर भरोसा नहीं है कि CRISPR या गाइड पर रनस बताया,” लियू. “यह हमें सक्षम करने के लिए अंत में प्रदर्शन सटीक जीनोम संपादन में से एक के अंतिम कोनों के जीव विज्ञान बनी हुई है कि अछूत द्वारा इस तरह की तकनीक — mitochondrial डीएनए.”

“जानवर Taming”

टीम की पहली बड़ी चुनौती थी को खत्म करने के लिए विषाक्तता के बैक्टीरियल एजेंट-क्या लियू वर्णित करने के लिए Mougous “के रूप में जानवर taming” – इतना है कि यह संपादित कर सकता है डीएनए को नुकसान पहुँचाए बिना सेल. शोधकर्ताओं विभाजित प्रोटीन में दो निष्क्रिय हिस्सों सकता है कि संपादित डीएनए केवल जब वे संयुक्त ।

शोधकर्ताओं सीमित के दो हिस्सों को शिक्षित बैक्टीरियल विष के लिए कहानी डीएनए बाध्यकारी प्रोटीन है, जो पता लगाने कर सकते हैं और बाँध एक लक्ष्य डीएनए अनुक्रम में दोनों नाभिक और माइटोकॉन्ड्रिया के उपयोग के बिना एक गाइड आरएनए. जब इन टुकड़ों को बाध्य डीएनए एक दूसरे के बगल में, जटिल reassembles में अपनी सक्रिय फार्म, और धर्मान्तरित सी यू करने के लिए उस स्थान पर — अंत में, एक में जिसके परिणामस्वरूप C* जी-करने के लिए-टी* एक आधार संपादित करें. शोधकर्ताओं ने कहा जाता है, उनके उपकरण एक DddA व्युत्पन्न cytosine आधार संपादक (DdCBE).

टीम परीक्षण किया DdCBE पर पांच जीन में mitochondrial जीनोम में मानव कोशिकाओं और पाया कि DdCBE स्थापित सटीक आधार संपादन में 50 प्रतिशत तक की mitochondrial डीएनए. वे पर ध्यान केंद्रित जीन ND4, encodes जो एक सबयूनिट के माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइम जटिल मैं, के लिए आगे लक्षण वर्णन. Mootha की प्रयोगशाला विश्लेषण किया mitochondrial शरीर विज्ञान और रसायन विज्ञान के संपादित कोशिकाओं और पता चला है कि परिवर्तन से प्रभावित माइटोकॉन्ड्रिया के रूप में इरादा है.

“यह पहली बार है कि मेरे करियर में हम सक्षम किया गया है करने के लिए इंजीनियर एक सटीक संपादन में mitochondrial डीएनए ने कहा,” Mootha. “यह एक लंबी छलांग आगे-अगर हम कर सकते हैं बनाने के लिए लक्षित परिवर्तन, हम कर सकते हैं के विकास मॉडल का अध्ययन करने के लिए रोग-जुड़े वेरिएंट, यह निर्धारित क्या भूमिका वे वास्तव में खेलने में रोग, और स्क्रीन प्रभाव दवाओं के रास्ते पर शामिल किया गया।”

भविष्य के घटनाक्रम

एक लक्ष्य क्षेत्र के लिए अब हो जाएगा विकसित करने के लिए संपादकों कि ठीक कर सकते हैं बनाने के लिए अन्य प्रकार के आनुवंशिक परिवर्तन में mitochondrial डीएनए.

“एक mitochondrial जीनोम संपादक के दीर्घकालिक क्षमता विकसित करने में एक चिकित्सीय इलाज के लिए mitochondrial व्युत्पन्न रोगों, और इसे और अधिक तत्काल मूल्य के रूप में एक उपकरण है कि वैज्ञानिकों कर सकते हैं का उपयोग करने के लिए बेहतर मॉडल mitochondrial रोगों का पता लगाने और मौलिक सवालों से संबंधित करने के लिए mitochondrial जीव विज्ञान और आनुवंशिकी,” Mougous कहा.

टीम में जोड़ा गया है कि कुछ सुविधाओं के DdCBE, इस तरह के रूप में इसकी कमी के आरएनए, भी आकर्षक होने के लिए अन्य जीन-संपादन अनुप्रयोगों से परे माइटोकॉन्ड्रिया.

इस काम के द्वारा समर्थित किया गया था के Merkin संस्थान के परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकियों में स्वास्थ्य, एनआईएच (R01AI080609, U01AI142756, RM1HG009490, R35GM122455, R35GM118062, और P30DK089507), रक्षा खतरा कटौती एजेंसी (1-13-1-0014), और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के सिस्टिक फाइब्रोसिस फाउंडेशन



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