Вчені розробили нову CRISPR-систему, вона дозволяє одночасно в декількох місцях розрізати ДНК і видаляти ділянки генів. Крім широко відомого Cas9, в неї входить Cas12a, яка володіє рибонуклеазною активністю і може розрізати одну РНК на кілька гідів. Систему назвали CHyMErA, і вона виявилася ефективнішою, ніж звичайний CRISPR/Cas9 для вимикання генів, вивчення властивостей пар генів, які впливають один на одного, паралогів і альтернативних екзонів. Стаття опублікована в журналі.
CRISPR/Cas системи найбільш відомі тим, що за допомогою них вчені можуть вносити зміни в геном організмів. Однак ця технологія дозволяє не тільки змінювати ДНК, а й з'ясовувати функції генів, які не вдається зрозуміти за допомогою інших технологій. Наприклад, за допомогою CRISPR можна дослідити генетичні взаємодії - відхилення фенотипу від очікуваного, які виникають в результаті перекривання роботи декількох генів.
Одне з важливих питань - які функції несуть і як впливають на фенотип паралогічні гени - однакові копії ДНК, які виникли в результаті внутрішньономних дупликацій. Такі події виникали в ході еволюції, і поступово копії генів могли отримати різні ролі. Крім того, вчені вивчають функціонування альтернативних екзонів - ділянок, які можуть вирізатися з матричної РНК, в результаті чого на матриці одного і того ж гена можуть будуватися різні білки.
Для таких досліджень потрібні інструменти, за допомогою яких можна впливати відразу на різні комбінації генів. Є системи, в яких Cas9 працюють з двома і більше РНК-гідами, проте у них є ряд обмежень: різні промотори і ділянки РНК можуть рекомбінувати, і необхідна послідовність порушується. У іншої нуклеази, Cas12a, є внутрішня рибонуклеазна активність, вона може розщеплювати гідову РНК і робити з неї набір різних послідовностей. Однак ефективність Cas12a невисока.
Томас Гонатопулос-Пурнагляд (Thomas Gonatopoulos-Pournatzis) з Торонтського університету і його колеги розробили систему, яку назвали CHyMErA (Cas Hybrid for Multiplexed Editing and Screening Applications, «Гібрид CМножредакas для Множreening Applications». У ній Cas9 і Cas12a працюють разом і використовують гібридну гідову РНК.
Вчені створили бібліотеку гібридних гідових РНК, які дізнаються різні важливі гени людини і миші (понад 450 генів) і ряд екзонів. Потім використовували згорточну нейронну мережу, щоб передбачати властивості і ефективність гібридних гідових РНК. Алгоритм навчили на даних, отриманих в результаті впровадження різних CHyMErA в клітини мишей і людини (5 тисяч послідовностей).
Технологію випробували для вимикання окремих генів, а також на відомих парах, що впливають один на одного генів, вимикаючи одну або обидві послідовності. Потім за допомогою CHyMErA вимикали кожну з 1344 відомих пар паралогів і вирізали різні екзони.
Передбачувальна здатність згорточної нейронної мережі склала 77 відсотків, вона визначала активні гідові РНК для Cas12a краще, ніж аналоги, які використовували раніше. Вимикання одного і того ж гена двічі за допомогою CHyMErA було значно ефективнішим, ніж за допомогою Cas9 і Cas12a окремо. За допомогою системи підтвердили вже відомі генетичні взаємодії негомологічних генів і паралогів, вдалося навіть виявити нові пари паралогів, які впливають один на одного. Також CHyMErA виявилася ефективною для вирізання альтернативних екзонів.
Цього року технологію CRISPR/Cas9 вперше застосували на людині для лікування сліпоти. Докладніше про те, як працює CRISPR, можна прочитати в нашому матеріалі «Запам'ятайте ці літери».