Il piccolo strumento CRISPR potrebbe aiutare a distruggere i virus

Gli scienziati della Rice University hanno descritto in dettaglio la struttura tridimensionale di uno dei più piccoli sistemi CRISPR-Cas13 conosciuti, utilizzato per distruggere o modificare l’RNA, e hanno utilizzato le loro scoperte per progettare ulteriormente lo strumento per migliorarne la precisione. Secondo uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla naturala molecola funziona in modo diverso rispetto alle altre proteine ​​della stessa famiglia.

“Esistono diversi tipi di sistemi CRISPR e quello su cui si è concentrata la nostra ricerca per questo studio si chiama CRISPR-Cas13bt3”, ha affermato Yang Gao, assistente professore di bioscienze e studioso del Cancer Prevention and Research Institute of Texas che ha contribuito a condurre lo studio. . “La cosa unica è che è molto piccola. Di solito, questi tipi di molecole contengono circa 1200 aminoacidi, mentre questa ne ha solo circa 700, quindi questo è già un vantaggio.”

Una dimensione ridotta è un vantaggio in quanto consente un migliore accesso e distribuzione ai siti di modifica degli obiettivi, ha affermato Yang Gao.

A differenza dei sistemi CRISPR associati alla proteina Cas9 – che generalmente prende di mira il DNA – i sistemi associati a Cas13 prendono di mira l’RNA, il “manuale di istruzioni” intermedio che traduce le informazioni genetiche codificate nel DNA in un progetto per l’assemblaggio delle proteine.

I ricercatori sperano che questi sistemi di targeting dell’RNA possano essere utilizzati per combattere i virus, che generalmente codificano le loro informazioni genetiche utilizzando l’RNA anziché il DNA.

“Il mio laboratorio è un laboratorio di biologia strutturale”, ha detto Yang Gao. “Quello che stiamo cercando di capire è come funziona questo sistema. Quindi parte del nostro obiettivo era riuscire a vederlo nello spazio tridimensionale e creare un modello che ci aiutasse a spiegare il suo meccanismo.”

I ricercatori hanno utilizzato un microscopio crioelettronico per mappare la struttura del sistema CRISPR, posizionando la molecola su un sottile strato di ghiaccio e sparando un fascio di elettroni attraverso di essa per generare dati che sono stati poi elaborati in un modello tridimensionale dettagliato. I risultati li hanno colti di sorpresa.

“Abbiamo scoperto che questo sistema utilizza un meccanismo diverso da quello di altre proteine ​​della famiglia Cas13”, ha detto Yang Gao. “Altre proteine ​​di questa famiglia hanno due domini che inizialmente sono separati e, dopo che il sistema è stato attivato, si uniscono – un po’ come i bracci di una forbice – ed eseguono un taglio.

“Questo sistema è totalmente diverso: la forbice è già lì, ma deve agganciarsi al filamento di RNA nel punto bersaglio giusto. Per fare ciò, utilizza un elemento legante su questi due anelli unici che collegano le diverse parti della proteina insieme.”

Xiangyu Deng, ricercatore post-dottorato nel laboratorio Yang Gao, ha affermato che è “davvero impegnativo determinare la struttura del complesso di proteine ​​e RNA”.

“Abbiamo dovuto risolvere molti problemi per rendere il complesso di proteine ​​e RNA più stabile, in modo da poterlo mappare”, ha detto Deng.

Una volta che il team ha capito come funziona il sistema, i ricercatori del laboratorio dell’ingegnere chimico e biomolecolare Xue Sherry Gao sono intervenuti per modificare il sistema al fine di aumentarne la precisione testandone l’attività e la specificità nelle cellule viventi.

“Abbiamo scoperto che nelle colture cellulari questi sistemi erano in grado di raggiungere un obiettivo molto più facilmente”, ha affermato Sherry Gao, professore assistente di ingegneria chimica e biomolecolare di Ted N. Law. “Ciò che è veramente notevole in questo lavoro è che le informazioni dettagliate sulla biologia strutturale hanno consentito una determinazione razionale degli sforzi ingegneristici necessari per migliorare la specificità dello strumento pur mantenendo un’elevata attività di editing dell’RNA sul bersaglio.”

Emmanuel Osikpa, un assistente di ricerca nel laboratorio Xue Gao, ha eseguito test cellulari che hanno confermato che il Cas13bt3 ingegnerizzato mirava ad un motivo di RNA designato con alta fedeltà.

“Sono stato in grado di dimostrare che questo Cas13bt3 progettato ha funzionato meglio del sistema originale”, ha detto Osikpa. “Lo studio completo della struttura condotto da Xiangyu evidenzia il vantaggio che un approccio mirato e strutturalmente guidato ha rispetto a uno screening della mutagenesi casuale ampio e costoso.”

La ricerca è stata sostenuta dalla Welch Foundation (C-2033-20200401, C-1952), dal Cancer Prevention and Research Institute of Texas (RR190046), dalla National Science Foundation (2031242) e dal fondo startup Rice.