Các nhà khoa học của Đại học Rice đã mô tả chi tiết cấu trúc ba chiều của một trong những hệ thống CRISPR-Cas13 nhỏ nhất được biết đến được sử dụng để cắt nhỏ hoặc sửa đổi RNA và sử dụng những phát hiện của họ để tiếp tục chế tạo công cụ này nhằm cải thiện độ chính xác của nó. Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, phân tử này hoạt động khác với các protein khác trong cùng họ.
Yang Gao, trợ lý giáo sư về khoa học sinh học và Viện nghiên cứu và phòng chống ung thư của Texas Scholar, người đã giúp dẫn dắt nghiên cứu, cho biết: “Có nhiều loại hệ thống CRISPR khác nhau và loại mà nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào cho nghiên cứu này được gọi là CRISPR-Cas13bt3”. . "Điều độc đáo ở đây là nó rất nhỏ. Thông thường, những loại phân tử này chứa khoảng 1200 axit amin, trong khi loại này chỉ có khoảng 700, vì vậy đó đã là một lợi thế." Yang Gao cho biết kích thước nhỏ gọn là một điểm cộng vì nó cho phép truy cập và phân phối tốt hơn đến các vị trí chỉnh sửa mục tiêu. Không giống như các hệ thống CRISPR liên kết với protein Cas9 ⎯ thường nhắm mục tiêu vào DNA ⎯ Các hệ thống liên quan đến Cas13 nhắm mục tiêu RNA, " Trình tự dò" trung gian giúp dịch thông tin di truyền được mã hóa trong DNA thành bản thiết kế để lắp ráp protein. Các nhà nghiên cứu hy vọng những hệ thống nhắm mục tiêu RNA này có thể được sử dụng để chống lại virus, loại virus thường mã hóa thông tin di truyền của chúng bằng RNA chứ không phải DNA.
Phòng thí nghiệm của tôi là phòng thí nghiệm sinh học cấu trúc. Điều chúng tôi đang cố gắng hiểu là hệ thống này hoạt động như thế nào. Vì vậy, một phần mục tiêu của chúng tôi ở đây là có thể nhìn thấy nó trong không gian ba chiều và tạo ra một mô hình có thể giúp chúng tôi giải thích cơ chế của nó.” Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử để lập bản đồ cấu trúc của hệ thống CRISPR, đặt phân tử này lên một lớp băng mỏng và bắn một chùm electron xuyên qua nó để tạo ra dữ liệu sau đó được xử lý thành mô hình ba chiều chi tiết. Kết quả khiến họ bất ngờ. Yang Gao cho biết: “Chúng tôi nhận thấy hệ thống này triển khai một cơ chế khác với cơ chế của các protein khác trong họ Cas13”. "Các protein khác trong họ này có hai miền ban đầu được tách ra và sau khi hệ thống được kích hoạt, chúng kết hợp với nhau ⎯ giống như cánh tay của một chiếc kéo ⎯ và thực hiện cắt. "Hệ thống này hoàn toàn khác: Cái kéo đã có sẵn ở đó, nhưng nó cần móc vào chuỗi RNA ở đúng vị trí mục tiêu. Để làm được điều này, nó sử dụng một phân tử liên kết trên hai vòng duy nhất này để kết nối các phần khác nhau của protein. cùng nhau."
Xiangyu Deng, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Yang Gao, cho biết việc xác định cấu trúc của phức hợp protein và RNA thực sự là một thách thức. Deng nói: “Chúng tôi đã phải thực hiện rất nhiều công việc khắc phục sự cố để làm cho phức hợp protein và RNA ổn định hơn, nhờ đó chúng tôi có thể lập bản đồ nó”. Sau khi nhóm tìm ra cách thức hoạt động của hệ thống, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của kỹ sư hóa học và sinh học phân tử của Gao đã bắt tay vào điều chỉnh hệ thống nhằm tăng độ chính xác bằng cách kiểm tra hoạt động và tính đặc hiệu của nó trong tế bào sống. Gao, Trợ lý Giáo sư về Kỹ thuật Hóa học và Sinh học Phân tử, Gao, cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng trong nuôi cấy tế bào, các hệ thống này có thể tập trung vào mục tiêu dễ dàng hơn nhiều”. “Điều thực sự đáng chú ý ở công trình này là những hiểu biết chi tiết về sinh học cấu trúc cho phép xác định hợp lý các nỗ lực kỹ thuật cần thiết để cải thiện tính đặc hiệu của công cụ trong khi vẫn duy trì hoạt động chỉnh sửa RNA đúng mục tiêu ở mức cao.” Emmanuel Osikpa, trợ lý nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Gao, đã thực hiện các xét nghiệm tế bào xác nhận Cas13bt3 được thiết kế nhắm vào mô típ RNA được chỉ định với độ chính xác cao. Osikpa nói: “Tôi đã có thể chứng minh rằng Cas13bt3 được thiết kế này hoạt động tốt hơn hệ thống ban đầu. "Nghiên cứu toàn diện về cấu trúc của Xiangyu nêu bật lợi thế của phương pháp tiếp cận có mục tiêu, được hướng dẫn theo cấu trúc so với việc sàng lọc đột biến ngẫu nhiên trên quy mô lớn và tốn kém."
The research was supported by the Welch Foundation (C-2033-20200401, C-1952), the Cancer Prevention and Research Institute of Texas (RR190046), the National Science Foundation (2031242) and the Rice startup fund.
Source:
Rice University
Journal reference:
TS. Đinh Phong Sơn
