El sistema antiguo dirigido por ARN simplifica la distribución de los tratamientos de edición de genes | MIT News

La vasta búsqueda de la variedad natural ha llevado a los sistemas antiguos reveladores con la capacidad de expandir la caja de herramientas de edición del genoma en el Instituto McGavarn para la Investigación de Brain y el Broad Institute of MIT y Harvard.

Estos sistemas, que los investigadores llaman sistemas TIGR (ARN de guía interpasados ​​en tándem), usan ARN para guiar sitios específicos en el ADN. Los sistemas TIGR se pueden reproducir para apuntar a cualquier secuencia de interés de ADN, y tienen diferentes módulos funcionales que pueden funcionar en el ADN propuesto. Además de su modularidad, TIGR es muy compacto en comparación con otros sistemas dirigidos por ARN, como CRSPR, que es un beneficio importante para entregarlo en el escenario terapéutico.

Estos hallazgos se informaron en línea en el diario el 27 de febrero Ciencia.

«Este es un sistema versátil dirigido por ARN con funcionalidad diversa», dice Feng Jong, profesor de neurociencia en James y Petricia Poitras MIT. Las proteínas relacionadas con TIGR (TAS) encontradas por el equipo NG comparte una unidad única de unión a ARN que se comunica con la guía de ARN, que dirige a un sitio específico del genoma. Algunas personas cortan el ADN en el lugar usando la sección de corte de ADN adyacente a la proteína. Ese dispositivo de modularidad puede facilitar el desarrollo, lo que permite a los investigadores intercambiar nuevas características útiles como proteínas Tas naturales.

«La naturaleza no es muy increíble», dijo el Instituto McGavern y el Instituto Médico Howard Hughes, miembro principal del Broad Institute, Howard Hughes Medical Institute, profesor de ciencias cerebrales y cognitivas e ingeniería biológica en el MIT. «Tiene una enorme cantidad de variedad, y estamos explorando esa diversidad natural para encontrar nuevos procedimientos biológicos y usarlos para diferentes aplicaciones para manipular procesos biológicos». Anteriormente, el equipo de Zhang había adoptado sistemas CRSPR bacterianos como herramientas de edición de genes que convirtieron la biología moderna. Su equipo también ha inventado varias proteínas de los sistemas CRSPR y más allá de eso.

En su nuevo trabajo, el equipo comenzó con la característica constructiva de la proteína CRSPR-CAS9, que se une a la guía de ARN de la enzima, para encontrar los nuevos sistemas programables. Esta es una característica importante que hizo de CAS9 una herramienta poderosa: «La dirección de ARN hace que sea más fácil reproducir, ya que sabemos cómo el ARN se une a otro ADN u otro ARN». Su equipo buscó a cientos de millones de proteínas biológicas con estructuras de orejas conocidas o ign, buscando algo que compartiera un dominio similar. Para encontrar más proteínas alejadas, utilizó el proceso de repetición: a partir de CAS 9, ha identificado la proteína llamada IS1, que se ha demostrado a otros en el pasado. Luego anuló las características estructurales de IS 110, lo que permite que el ARN se une y repita su búsqueda.

Durante este tiempo, la búsqueda convirtió muchas proteínas relacionadas a distancia, recurrieron a la inteligencia artificial y entendieron la lista. «Cuando está haciendo minería repetitiva y profunda, los éxitos resultantes pueden ser muy diversos. Es difícil analizar el uso de métodos filogenéticos estándar, que depende de la secuencia protegida», explica Gillahem Fower, biólogo informático de la computadora. Con un gran modelo de proteína de lenguaje, el equipo pudo agrupar las proteínas que se encontraron en grupos de acuerdo con sus relaciones evolutivas. Un grupo se distinguió del resto, y sus miembros fueron especialmente interesantes porque estaban codificados por genes y secuencias repetidas regularmente que recuerdan al aspecto esencial de los sistemas CRSPR. Estos son sistemas TIGR-TAS.

El equipo de Zhang ha inventado más de 20,000 proteínas TAS diferentes, que ocurren principalmente en virus de infección bacteriana. Secuencias de área recurrente de cada guía de ARN de matrices de genes de genes TIGR, que se comunica con la parte de enlace de ARN de la proteína. Para algunos, el área de unión a ARN está adyacente a la parte de corte de ADN de la proteína. Otros parecen estar unidos a otras proteínas, lo que indica que esas proteínas pueden ayudar a dirigir los objetivos del ADN.

Zhang y su equipo han experimentado con docenas de proteínas TAS, lo que demuestra que algunos pueden programar algunos de los cortes propuestos al ADN en las células humanas. Mientras piensan en desarrollar sistemas TIGR-Tas como herramientas programables, los investigadores se sienten alentados por las características que son especialmente flexibles y con precisión.

Señalan que los sistemas CRSPR solo se pueden dirigir a categorías de ADN rodeados de pequeñas características llamadas PAMS (características adyacentes de Protospacer). Las proteínas TigR Tas, por el contrario, no necesitan tal necesidad. «Esto significa que teóricamente, cualquier sitio de genoma debe estar dirigido», dice el consultor científico Ryanan Makre. Los experimentos de equipo muestran que los sistemas TIGR llaman a los cuatro «sistema de doble guía», comunicándose con ambos hilos de DNA Double Helix para volver a casa en sus secuencias objetivo, asegurándose de que funcione solo por su guía de ARN. Además, las proteínas TAS son compactas, una cuarta parte del tamaño del CAS9, el promedio, es fácil de entregar, lo que elimina el obstáculo principal para el despliegue terapéutico de los dispositivos de edición de genes.

Emocionado por su invención, el equipo de Zhang ahora está investigando el papel natural de los sistemas TIGR en el virus, así como cómo pueden ser adoptados para la investigación o el tratamiento. Han decidido la estructura molecular de las proteínas TA que encontraron en células humanas y usan esa información para guiar sus esfuerzos para que sea más efectiva. Además, notan la conexión entre los sistemas TIGR-TAS y algunas proteínas de procesamiento de ARN en células humanas. «Creo que hay muchos más para estudiar cuáles pueden ser algunas de esas relaciones, y nos ayuda a comprender mejor cómo se usan estos sistemas en los humanos», dice Zhang.

Este trabajo lo realiza la Fundación Helen Hay Whitney, Howard Hughes Medical Institute, K. Lisa Yang y Hawk E.