Исследователи из Сколковского института науки и технологий, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Института биологии гена РАН совместно с коллегами из США описали две новые компактные нуклеазы Cas9, используемые системой CRISPR/Cas для разрезания ДНК. Эти белки могут пополнить набор инструментов для редактирования генома, ученые показали, что одна из нуклеаз может работать в клетках человека, и это открывает перспективы для ее применения в биомедицинских приложениях.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

CRISPR/Cas — система адаптивного иммунитета бактерий и архей, заимствованная в технологию геномного редактирования. Cas-нуклеазы способны с помощью CRISPR РНК разрезать последовательности ДНК в определенных местах. В исследованиях, как правило, используются нуклеазы Cas9 типа SpCas9 из бактерий-стрептококков, они эффективны и относительно просты. Для узнавания мишеней SpCas9 требует достаточно короткую PAM-последовательность из нескольких нуклеотидов ДНК, необходимую для успешного разрезания генома. Недостаток в том, что этот крупный белок может не поместиться в частицу аденоассоциированного вируса (AAV), которая доставляет систему внутрь клетки.

Авторы статьи описали две новые небольшие нуклеазы Cas9, DfCas9, полученную из бактерии Defluviimonas sp.20V17, обитающей в гидротермальных источниках, и PpCas9 — из бактерии Pasteurella pneumotropica, паразита млекопитающих. Эти нуклеазы одновременно обладают достаточно малым для доставки в AAV размером и узнают относительно короткие последовательности ДНК. Новые нуклеазы относятся к системам CRISPR/Cas типа II-C, их структура очень похожа на строение SpCas9, но в то же время эти белки обладают рядом уникальных особенностей.

«Да, эффекторам Cas9 типа II-C, как правило, требуются более длинные PAM-последовательности, но это лишь наблюдение, основанное на изучении ограниченного количества описанных на сегодняшний день II-C нуклеаз. Вот, например, в бактерии Staphylococcus auricularis недавно был обнаружен белок SauriCas9, который аналогично белку PpCas9 требует короткую PAM-последовательность — всего лишь две “буквы”. Думаю, в скором времени будут обнаружены и другие ферменты Cas9 типа II-C, требующие коротких PAM-последовательностей. Малоразмерные Cas9 с разными требованиями к PAM увеличивают число потенциальных ДНК-мишеней в геномах эукариот и прокариот, которые можно редактировать CRISPR/Cas системами», — отмечает соавтор работы Яна Федорова.

Эксперименты показали эффективность двух новых нуклеаз, а PpCas9 оказалась активна в клетках человека. Для оценки эффективности PpCas9 в эукариотических клетках потребуются дополнительные исследования, однако, по мнению авторов, этот белок может быть использован в ряду с традиционными нуклеазами, которые сегодня используются в микробных биотехнологиях и биомедицине для редактирования генома, и расширить применение систем CRISPR/Cas.