Representation av CRISPR-protein Cpf1. Klass 2 CRISPR Cas-komplex, inklusive Cas9 och Cpf1, har stor mångsidighet, eftersom ett enda protein som styrs av ett guide-RNA kan känna igen och skära en specifik sekvens av genomet. Kredit:Pablo Alcón / Köpenhamns universitet
Forskare vid Köpenhamns universitet, ledd av den spanske professorn Guillermo Montoya, undersöker de molekylära egenskaperna hos olika molekylära saxar i CRISPR-Cas-systemet för att belysa de så kallade "Schweiziska arméknivarna" för genomredigering. Montoyas forskargrupp har visualiserat atomstrukturerna hos Cpf1- och Cas9-proteinerna för att analysera var och en av deras egenskaper och egenheter som gör dem idealiska för olika tillämpningar inom genmodifiering.
Professor Montoyas team från Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research vid universitetet i Köpenhamn arbetar aktivt inom detta område. Nyligen, detta team erhöll den molekylära strukturen av CRISPR-Cpf1-komplexet efter målklyvning. Detta protein från Cas-familjen har förmågan att specifikt varva ner och klyva DNA:t för att initiera modifieringsprocessen.
"Denna egenskap kommer att tillåta oss att redigera instruktionerna som finns i genomet på ett säkrare sätt, eftersom Cpf1 känner igen den specifika DNA-sekvensen med högre precision, " förklarar Montoya för SINC.
Nu, i en artikel publicerad i Naturens strukturella och molekylära biologi , forskarna från den danska institutionen har analyserat och jämfört dessa molekylära saxars inre funktion med CRISPR-Cas9, den spelförändrande tekniken som har utlöst en revolution genom att tillhandahålla en billig och enkel DNA-redigeringsteknik, upptäcktes av Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier 2012.
Illustration av CRISPR-Cpf1-komplexet. Styrd av en RNA-molekyl, Cpf1-proteinet kan programmeras att känna igen och skära en specifik sekvens i genomet. Kredit:llusciences
Användningen av CRISPR-Cas9 för genetisk modifiering av växter och djur är redan igång. Dessutom, denna teknik implementeras också i mänsklig terapi av olika sjukdomar som cancer och dess antal applikationer fortsätter att växa.
Röntgenkristallografi
Genom att använda en biofysisk teknik som kallas röntgenkristallografi, Montoya och kollegor har avslöjat den högupplösta strukturen för Cpf1 och Cas9 för att bättre förstå deras arbetsmekanism, inklusive mål-DNA-igenkänning och klyvning.
För molekylärbiologen, huvudslutsatsen av studien är att "enligt deras molekylära egenheter, beroende på vilket resultat vi vill få efter redigeringsprocessen (det vill säga om vi vill inaktivera eller infoga ett DNA-fragment i en region av genomet), några av dessa molekylära verktyg kan vara mer lämpliga än andra."
"När man skär DNA, Cas9 genererar trubbiga ändar, vilket gör detta protein mer lämpat för geninaktivering. I kontrast, Cpf1 producerar förskjutna komplementära ändar, gör det mer bekvämt att infoga ett DNA-fragment, ", tillägger Montoya.
Han lägger till, "Att avslöja den detaljerade apparaten för dessa invecklade molekylära skalpeller är viktigt inte bara för att förstå deras verkningsmekanism, men också att rationellt utforma säkrare och effektivare genomredigeringsverktyg som kan användas för kliniska eller biotekniska tillämpningar såväl som för syntetisk biologi."
