Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Института Броудов использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы получить первую в мире 3D-модель редактора оснований — модифицированной системы CRISPR/Cas9, способной разрезать только одну нить ДНК и точечно редактировать генетические последовательности. Статья об открытии опубликована в журнале Science.

Редакторы оснований биологи впервые создали четыре года назад. Эти инструменты представляют собой систему CRISPR/Cas9 с частично деактивированным белком Cas9. Такая модификация позволяет разрезать всего одну нить ДНК и редактировать, например, однонуклеотидные мутации. Это значит, что такие инструменты могут помочь в лечении около 60% генетических заболеваний — более 15 тысяч, — вызванных однонуклеотидными мутациями.

Авторы нового исследования впервые смогли получить трехмерную модель одного из редакторов оснований под названием ABE8e. Это модифицированная версия первого редактора, созданного четыре года назад. В отличие от предшественника, ABE8e способен завершить почти 100% необходимых генетических изменений за 15 минут. Тем не менее нынешняя версия этой системы не застрахована от внесения нецелевых изменений в последовательность.

С помощью криоэлектронной микроскопии биологи теперь смогли получить данные о пространственной структуре редактора оснований. Анализ полученных данных показал, почему ABE8e склонен к нецелевым изменениям: фермент дезаминаза, который соединен с Cas9, оказывается постоянно активен. Когда Cas9 движется вокруг ядра, он прогоняет через себя сотни или тысячи сегментов ДНК, прежде чем найдет свою предполагаемую цель. Прикрепленная к нему дезаминаза не ждет идеального соответствия и часто редактирует основание, прежде чем Cas9 найдет необходимую мишень.

Структура ABE8e также указывает на два специфических изменения в дезаминазе, которые заставляют фермент работать быстрее более ранней версии редактора оснований под названием ABE7.10. Эти две точечные мутации позволяют белку крепче держать ДНК и эффективнее заменять аденин на гуанин. Полученная трехмерная структура позволит исследователям улучшить существующие редакторы оснований, увеличив их точность и скорость работы.