क्रायो-EM कब्जा CRISPR-Cas9 आधार संपादक में कार्रवाई-ScienceDaily


के भीतर एक मात्र आठ साल, CRISPR-Cas9 बन गया है जाने के लिए जीनोम संपादक दोनों के लिए बुनियादी अनुसंधान और जीन थेरेपी. लेकिन CRISPR-Cas9 भी पैदा की है अन्य संभावित शक्तिशाली डीएनए के हेरफेर उपकरण है कि मदद कर सकता है, ठीक आनुवंशिक परिवर्तन के लिए जिम्मेदार वंशानुगत बीमारियों ।

में शोधकर्ताओं ने कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, अब प्राप्त की पहली 3 डी संरचना के सबसे होनहार में से एक इन उपकरणों के आधार संपादकों, जो करने के लिए बाध्य डीएनए और, काटने के बजाय, ठीक जगह एक nucleotide के साथ एक और.

पहली बार चार साल पहले बनाया, आधार संपादकों कर रहे हैं पहले से ही इस्तेमाल किया जा रहा प्रयास में सही करने के लिए एकल nucleotide परिवर्तन में मानव जीनोम. आधार संपादकों अब उपलब्ध पता कर सकता है के बारे में 60% के सभी ज्ञात आनुवंशिक रोगों — संभावित 15,000 से अधिक विरासत में मिला विकारों — की वजह से एक उत्परिवर्तन में केवल एक nucleotide.

विस्तृत 3 डी संरचना, रिपोर्ट में 31 जुलाई को मुद्दे के जर्नल विज्ञान, एक रूपरेखा प्रदान करता है के लिए tweaking के आधार editiors बनाने के लिए उन्हें और अधिक बहुमुखी और चलाया रोगियों में उपयोग के लिए.

“हम पालन करने में सक्षम थे पहली बार के लिए एक आधार के संपादक कार्रवाई में कहा,” यूसी बर्कले postdoctoral साथी गेविन नॉट. “अब हम समझ सकते हैं, न केवल जब यह काम करता है और जब यह नहीं है, लेकिन यह भी डिजाइन की अगली पीढ़ी के आधार संपादकों बनाने के लिए उन्हें और भी बेहतर और अधिक चिकित्सकीय उपयुक्त है।”

एक आधार के संपादक का एक प्रकार है Cas9 संलयन प्रोटीन को रोजगार है कि एक आंशिक रूप से निष्क्रिय Cas9-अपनी snipping कैंची अक्षम कर रहे हैं इतना है कि यह कटौती केवल एक कतरा डीएनए के-और एक एंजाइम है कि, उदाहरण के लिए, सक्रिय या चुप्पी के एक जीन, या संशोधित करता है आसन्न क्षेत्रों के डीएनए. क्योंकि नए अध्ययन की रिपोर्ट पहली संरचना के एक Cas9 संलयन प्रोटीन के लिए, यह मदद कर सकता है गाइड के आविष्कार के असंख्य अन्य Cas9-आधारित जीन-संपादन उपकरण है ।

“हम वास्तव में देखने के लिए पहली बार है कि आधार संपादकों के व्यवहार के रूप में दो स्वतंत्र मॉड्यूल: आप Cas9 मॉड्यूल है कि आप देता है विशिष्टता, और फिर तुम एक उत्प्रेरक मॉड्यूल प्रदान करता है कि आप गतिविधि के साथ,” कहा Audrone Lapinaite, एक पूर्व यूसी बर्कले postdoctoral साथी है, जो अब एक सहायक प्रोफेसर एरिजोना राज्य विश्वविद्यालय, Tempe में. “संरचनाओं हम इस आधार के संपादक बाध्य करने के लिए अपने लक्ष्य वास्तव में हमें एक तरह से सोचने के लिए के बारे में Cas9 संलयन प्रोटीन, सामान्य रूप में, हमें जो विचारों के क्षेत्र Cas9 के लिए अधिक फायदेमंद है fusing अन्य प्रोटीन।”

Lapinaite और नॉट, जो हाल ही में स्वीकार किए जाते हैं के रूप में एक स्थिति में एक शोध साथी मोनाश विश्वविद्यालय, ऑस्ट्रेलिया में कर रहे हैं सह-पहली कागज के लेखकों.

संपादन एक के आधार पर एक समय

2012 में, शोधकर्ताओं ने पहली बार दिखाया है कि कैसे करने के लिए reengineer एक जीवाणु एंजाइम, Cas9, और यह बारी में एक जीन-संपादन उपकरण में सभी प्रकार की कोशिकाओं, से बैक्टीरियल करने के लिए मानव । के दिमाग की उपज यूसी बर्कले बायोकेमिस्ट जेनिफर Doudna और उसे फ्रेंच सहयोगी, Emmanuelle Charpentier, CRISPR-Cas9 तब्दील हो गया है जैविक अनुसंधान और जीन थेरेपी में क्लिनिक के लिए दशकों में पहली बार.

वैज्ञानिकों जल्दी से सहयोजित Cas9 का उत्पादन करने के लिए एक धसान के अन्य उपकरण. मूल रूप से एक मैश-अप के प्रोटीन और आरएनए, Cas9 ठीक लक्ष्य एक विशिष्ट खिंचाव के डीएनए और फिर ठीक snips की तरह, यह कैंची की एक जोड़ी. कैंची समारोह में टूट सकता है, हालांकि, की अनुमति Cas9 लक्षित करने के लिए और बाध्य डीएनए को काटने के बिना. इस रास्ते में, Cas9 कर सकते हैं नौका विभिन्न एंजाइमों के लिए लक्षित क्षेत्रों के डीएनए की अनुमति देता है, एंजाइम के लिए जीन में हेरफेर.

2016 में, डेविड लियू हार्वर्ड विश्वविद्यालय के एक संयुक्त Cas9 के साथ एक और बैक्टीरियल प्रोटीन की अनुमति देने के लिए शल्य चिकित्सा सटीक प्रतिस्थापन की एक nucleotide के साथ एक और: पहले बेस के संपादक.

जबकि जल्दी adenine आधार संपादक धीमी थी, नवीनतम संस्करण कहा जाता है, ABE8e, है blindingly उपवास: यह पूर्ण लगभग 100% के उद्देश्य से बेस के संपादन में 15 मिनट के लिए । अभी तक, ABE8e हो सकता है और अधिक होने का खतरा संपादित करने के लिए अनायास ही टुकड़े डीएनए के एक टेस्ट ट्यूब में संभावित बनाने के क्या कर रहे हैं के रूप में जाना बंद लक्ष्य प्रभाव है.

नव पता चला संरचना प्राप्त किया गया था, के साथ एक उच्च स्तरीय इमेजिंग तकनीक कहा जाता क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (cryoEM). गतिविधि assays क्यों दिखाया ABE8e का खतरा है, बनाने के लिए और अधिक बंद लक्ष्य संपादन: के deaminase प्रोटीन के लिए जुड़े हुए Cas9 हमेशा सक्रिय है. के रूप में Cas9 हॉप्स नाभिक के चारों ओर, यह बांधता है और विज्ञप्ति के सैकड़ों या हजारों डीएनए खंडों करने से पहले इसे अपने इच्छित लक्ष्य. संलग्न deaminase की तरह, एक ढीला तोप, के लिए इंतजार नहीं करता एक परिपूर्ण मैच है और अक्सर संपादन के लिए एक बेस से पहले Cas9 आता है पर आराम करने के लिए अपने अंतिम लक्ष्य है ।

कैसे जानने के प्रेरक डोमेन और Cas9 जुड़े हुए हैं कर सकते हैं नेतृत्व करने के लिए एक नया स्वरूप देता है कि एंजाइम सक्रिय केवल जब Cas9 पाया गया है अपने लक्ष्य.

“यदि आप वास्तव में चाहते हैं डिजाइन करने के लिए सही मायने में विशिष्ट संलयन प्रोटीन, आप एक रास्ता खोजने के लिए बनाने के लिए उत्प्रेरक डोमेन के एक भाग के Cas9, तो यह होता है कि समझ में आता है जब Cas9 है पर सही लक्ष्य और उसके बाद ही सक्रिय हो, के बजाय सक्रिय किया जा रहा है सब समय है,” Lapinaite कहा.

संरचना के ABE8e भी pinpoints दो विशिष्ट परिवर्तन में deaminase है कि प्रोटीन बनाने के लिए यह काम की तुलना में तेजी से प्रारंभिक संस्करण के आधार संपादक, ABE7.10. उन दो बिंदु परिवर्तन की अनुमति दें करने के लिए प्रोटीन पकड़ डीएनए सख्त और अधिक कुशलता से जगह ले एक साथ जी

“के रूप में एक संरचनात्मक जीवविज्ञानी, मैं वास्तव में देखने के लिए चाहते हैं पर एक अणु और सोचने के तरीके के बारे में तर्क से यह सुधार होगा । इस संरचना के साथ और जैव रसायन वास्तव में हमें दे कि शक्ति,” नॉट जोड़ा गया. “अब हम कर सकते हैं बनाने के लिए तर्कसंगत predications के लिए कैसे इस प्रणाली के व्यवहार में एक सेल है, क्योंकि हम देख सकते हैं और यह भविष्यवाणी कैसे यह जा रहा है, को तोड़ने या भविष्यवाणी तरीके से इसे बेहतर बनाने के लिए.”



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