Геном митохондрий — Энерги-производя клетки органеллы — участвует в болезни и основных биологических функций, и возможность точно изменить эту ДНК позволит ученым узнать больше о действии этих генов и мутаций. Но технологии редактирования точности, которая произвела революцию на редактировании ДНК в ядре клетки не смогли достичь митохондриального генома.
А сейчас команда в широком института MIT и Гарварда и Университета Вашингтона Школы медицины пробила этот барьер с новым типом молекулярный редактор, который может сделать точный с* г-в-т* в нуклеотидных изменений в митохондриальной ДНК. Редактор, проектированный от бактериального токсина, позволяет моделирование болезни-ассоциированных мутаций митохондриальной ДНК, открывая дверь, чтобы лучше понять генетические изменения, связанные с раком, старением и многое другое.
Работа описана в природе, с Co-первые авторы Беверли МОК, аспирант из широкого института и Гарвардского университета, и Маркос де Мораес, постдокторант в Университете Вашингтона (Ию).
Работа совместно под руководством Джозефа Mougous, Ию профессор микробиологии и следователь медицинского института Говарда Хьюза (коллега Ледера), и Дэвид Лю, Ричард Меркин Меркин профессор и директор Института трансформации технологии в здравоохранении в широком института, профессор химии и химической биологии в Гарвардском университете, и коллега Ледера следователь.
«Команда разработала новый способ изменения ДНК и использовали его для точного редактирования генома человека митохондриальная впервые, по нашим сведениям, обеспечивая решение наболевшей проблемой в молекулярной биологии», — сказал Лю. «Эта работа является свидетельством сотрудничества в области фундаментальных и прикладных исследований, и могут иметь дополнительные приложения помимо митохондриальной биологии.»
Агент бактериологического оружия
Большинство современных подходов к изучению вариаций митохондриальной ДНК, связана с использованием пациент-выведенных клеток, или небольшое количество моделей животных, в которых мутации произошли случайно. «Но эти методы создают серьезные ограничения, и создание новых, определенных моделей было невозможно», — сказал соавтор Вамси Mootha, член института и содиректор программы обмена в широком. Mootha также следователь коллега Ледера и профессор медицины на общей больнице Массачусетс.
В то время как технологии ТРИФОСФАТЫ могут быстро и точно редактировать ДНК в ядре клетки, значительно облегчая создание модели для многих заболеваний, эти средства не смогли редактирование митохондриальной ДНК, потому что они полагаются на руководство РНК для целевого местоположения в геноме. Митохондриальную мембрану белки ввести органелл, но не известно, что доступные пути для транспортировки РНК.
Один кусок потенциальное решение возникло, когда Mougous лаборатории выявлен токсичный белок, сделанные отличает возбудителя cenocepacia. Этот белок может убить другие бактерии непосредственно цитозин (C) и урацил (U) в двухцепочечной ДНК.
«В чем особенность этого протеина, и что нам подсказали, что это может иметь уникальные приложения для редактирования, является его способность целевой двунитевой ДНК. Все ранее описанные deaminases, что ДНК-мишени только в одноцепочечной форме, что ограничивает как они могут быть использованы в качестве редакторов генома», — сказал Mougous. Его команда определили структуру и биохимические характеристики токсина, называемого DddA.
«Мы поняли, что свойства этого ‘бактериальные войны агент может позволить ему быть в паре с не-ТРИФОСФАТЫ основе ДНК-прицельной системы, повышая возможность сделать выбор редакторов, которые не полагаются на субботу или на Гид РНК», — пояснил Лю. «Это позволит нам, наконец, проанализировать точность редактирования генома в один из последних уголков биологии, которая осталась неприкасаемой по такой технологии — митохондриальная ДНК».
«Укрощение зверя»
Первая крупная задача команды заключалась в том, чтобы исключить отравления бактериального агента … что Лю описал Mougous как «Укрощение зверя» — так, что он может изменить ДНК без повреждения клеток. Исследователи разделили на две половинки белка не активен, что может изменить ДНК только тогда, когда они объединены.
Исследователи привязаны две половинки приручили бактериальный токсин в сказке ДНК-связывающих белков, в котором можно найти и привязать целевой последовательности ДНК в ядре и митохондриях без использования направляющей РНК. Если эти куски связать ДНК рядом друг с другом, комплекс собирает в своей активной форме, и преобразует C до U в этом месте — в конечном итоге, с* г-в-Т* основы редактирования. Исследователи называют их инструментом DddA-производных цитозина базовый редактор (DdCBE).
Команды прошли испытания DdCBE на пять генов митохондриального генома в клетках человека и обнаружили, что DdCBE установлены точные основания изменения до 50 процентов митохондриальной ДНК. Они сосредоточили свое внимание на гене НД4, который кодирует субъединицу митохондриального ферментного комплекса I, для дальнейшей характеризации. Лаборатории Mootha анализ митохондриальной физиологии и химии измененные клетки и показали, что изменения коснулись митохондрии, как и предполагалось.
«Это первый раз в моей карьере, мы смогли создать точные изменения в митохондриальной ДНК», — сказал Mootha. «Это квантовый скачок вперед, если мы можем сделать целенаправленных мутаций, мы можем разработать модели для изучения болезней, связанных вариантов, определить, какую роль они на самом деле играют в болезнь, и экран влияние наркотиков на пути.»
Будующее
Один гол на поле сейчас будет развиваться редакторы, которые могут точно сделать другие типы генетические изменения в митохондриальной ДНК.
«В митохондриальный геном редактор имеет долгосрочный потенциал для развития в терапевтических для лечения митохондриальных производных заболеваний, и она имеет более непосредственное значение в качестве инструмента, который ученые могут использовать, чтобы лучше модели митохондриальных заболеваний и исследовать фундаментальные вопросы, относящиеся к митохондриальной биологии и генетики» Mougous сказал.
Команда добавила, что некоторые особенности DdCBE, такие как отсутствие РНК, также могут быть привлекательными для другого гена-приложений для редактирования за пределы митохондрии.
Эта работа была частично поддержана Институтом Меркин преобразующих технологий в здравоохранении, низ (R01AI080609, U01AI142756, RM1HG009490, R35GM122455, R35GM118062, и P30DK089507), Агентство по уменьшению угрозы минобороны (1-13-1-0014), и Университета Вашингтона муковисцидоз Фонда
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!