La tecnologia di modifica genetica nota come CRISPR ha portato a cambiamenti rivoluzionari nel campo dell'agricoltura, della ricerca sanitaria e altro ancora.
Nella ricerca pubblicata su Nature Catalysis , gli scienziati della Florida State University hanno prodotto le prime immagini ad alta risoluzione e time-lapse che mostrano gli ioni magnesio che interagiscono con l'enzima CRISPR-Cas9 mentre taglia filamenti di DNA, fornendo prove chiare che il magnesio svolge un ruolo sia nella rottura dei legami chimici che nella quasi-distruzione. taglio simultaneo del DNA.
"Se stai tagliando i geni, non vuoi che si rompa solo un filamento di DNA, perché la cellula può ripararlo facilmente senza modifiche. Vuoi che entrambi i filamenti siano rotti", ha detto Hong Li, professore del Dipartimento di Chimica. e Biochimica e direttore dell'Istituto di Biofisica Molecolare. "Sono necessari due tagli ravvicinati. Il magnesio gioca un ruolo in questo e abbiamo visto esattamente come funziona."
CRISPR-Cas9 è lo strumento più utilizzato per la manipolazione genetica. La tecnologia utilizza un enzima riproposto per legarsi al DNA, consentendo alterazioni in posizioni specifiche del genoma.
Gli scienziati sapevano che il magnesio gioca un ruolo in questo processo, ma non era chiaro esattamente come, e nessuno era stato in grado di catturare da vicino immagini in time-lapse del processo. Sfruttando una versione più lenta di CRISPR-Cas9, questa ricerca ha dimostrato che gli ioni magnesio al centro della reazione di catalisi detengono la chiave per il taglio quasi simultaneo.
"Penso che molte volte nella scienza, anche se puoi dedurre qualcosa, ne vorresti la prova", ha detto Li. "Ad esempio, con il magnesio tutti sanno che ne hai bisogno, ma non vederlo in azione non è scienza completa, giusto? Non hai lo stesso livello di comprensione di come funziona."
I ricercatori hanno utilizzato il microscopio crioelettronico presso il Biological Science Imaging Resource della FSU, che può produrre immagini con una risoluzione quasi atomica, per osservare gli ioni metallici e altri atomi al lavoro all’interno dell’enzima CRISPR-Cas9. Ciò ha permesso loro di raccogliere dati che non solo hanno confermato le loro ipotesi precedenti, ma hanno anche portato alla sorprendente scoperta su come il magnesio coordina le rotture del doppio filamento.
CRISPR ha fatto il suo debutto nell'editing genetico nel 2013 e da allora gli scienziati hanno lavorato per aumentarne l'affidabilità ed espanderne l'applicabilità a una varietà di organismi e tipi di cellule diversi.
"Alterando i siti attivi - le serie di 'forbici' che tagliano i filamenti di DNA bersaglio e non bersaglio - possiamo influenzare la capacità di Cas9 di utilizzare metalli alternativi per il taglio", ha detto il dottorando e coautore dell'articolo Mitchell Roth. "C'è ancora molto da esplorare con CRISPR."
Comprendere come ciascun elemento influisce sul funzionamento dell'enzima offre agli scienziati informazioni su quali strade di ricerca potrebbero produrre nuove conoscenze e usi. Li e il suo team stanno pianificando ulteriori ricerche per studiare come CRISPR-Cas9 possa essere riorganizzato per altri scopi.
Coautori di questo articolo sono stati gli ex ricercatori post-dottorato Anuska Das e Jay Rai, il dottorando Yuerong Shu, la studentessa universitaria Megan L. Medina e l'ex studentessa universitaria Mackenzie R. Barakat, tutti della FSU.
Ulteriori informazioni: Anuska Das et al, Stati catalitici accoppiati e ruolo della coordinazione dei metalli in Cas9, Nature Catalysis (2023). DOI:10.1038/s41929-023-01031-1
Informazioni sul giornale: Catalisi della natura
Fornito dalla Florida State University
