Редактирование генома с точностью до мегабазы в эукариотических клетках

от

Группа китайских исследователей разработала две новые технологии редактирования генома, известные под общим названием системы Programmable Chromosome Engineering (PCE).

Основные достижения

Исследование, [опубликованное](https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00800-1) в журнале Cell 4 августа, позволяет проводить различные типы точных манипуляций с ДНК в диапазоне от килобаз до мегабаз у высших организмов, особенно у растений.

Возглавляла команду профессор Гао Цайся из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук.

Преодоление ограничений системы Cre-Lox

Обширные исследования продемонстрировали огромный потенциал системы сайт-специфической рекомбиназы Cre-Lox для точной хромосомной манипуляции. Однако её более широкому применению мешали три критических ограничения:
* Обратимые реакции рекомбинации, обусловленные внутренней симметрией сайтов Lox, могут нейтрализовать желаемые изменения.
* Тетрамерная природа Cre-рекомбиназы усложняет инженерные усилия, препятствуя оптимизации активности.
* Остаточные сайты Lox после рекомбинации могут снижать точность редактирования.

Исследовательская группа решила каждую из этих задач и разработала новые методы для продвижения этой технологии.

Разработанные методы

1. Платформа для быстрой модификации сайтов рекомбинации. Была создана высокопроизводительная платформа для быстрой модификации сайтов рекомбинации и предложена асимметричная конструкция сайтов Lox. Это привело к разработке новых вариантов Lox, которые снижают обратимую активность рекомбинации более чем в 10 раз (приближаясь к фоновому уровню отрицательных контролей), сохраняя при этом высокую эффективность прямой рекомбинации.

2. Метод рекомбиназы AiCErec. Исследователи использовали свою недавно разработанную модель AiCE (AI-informed Constraints for protein Engineering) — систему направленной эволюции белков, интегрирующую общие обратные модели сворачивания с структурными и эволюционными ограничениями, — для разработки метода рекомбиназы AiCErec. Этот подход позволил точно оптимизировать интерфейс мультимеризации Cre, получив вариант с эффективностью рекомбинации в 3,5 раза выше, чем у дикого типа Cre.

3. Стратегия бесшовного редактирования для рекомбиназ. Используя высокую эффективность редактирования прайм-редакторов, они разработали Re-pegRNA — метод, использующий специально разработанные pegRNAs для повторного редактирования остаточных сайтов Lox, точно заменяя их исходной геномной последовательностью, обеспечивая тем самым бесшовную модификацию генома.

Создание программируемых платформ

Интеграция этих трёх инноваций привела к созданию двух программируемых платформ, PCE и RePCE. Эти платформы позволяют гибко программировать позиции и ориентации вставок для различных сайтов Lox, обеспечивая точную, бесшовную манипуляцию фрагментами ДНК размером от килобаз до мегабаз в клетках растений и животных.

Ключевые достижения включают:
* Целенаправленную интеграцию крупных фрагментов ДНК размером до 18,8 кб.
* Полную замену 5-килобайтных последовательностей ДНК.
* Хромосомные инверсии, охватывающие 12 Мб.
* Хромосомные делеции размером 4 Мб.
* Целые хромосомные транслокации.

В качестве доказательства концепции исследователи использовали эту технологию для создания гермплазмы риса, устойчивого к гербицидам, с точной инверсией размером 315 кб, демонстрируя её преобразующий потенциал для генной инженерии и улучшения сельскохозяйственных культур.

Эта новаторская работа не только преодолевает исторические ограничения системы Cre-Lox, но и открывает новые возможности для точного редактирования генома у различных организмов.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте