Фанзор
Type of DNA cutting enzyme that uses RNA to target genes of interest

Белок Fanzor (Fz) — это эукариотическая РНК - направляемая ДНК- эндонуклеаза , что означает, что это тип фермента разрезания ДНК, который использует РНК для нацеливания на интересующие гены. Недавно [ когда? ] он был обнаружен и исследован в ряде исследований. [1] [2] [3] У бактерий РНК - направляемые ДНК- эндонуклеазные системы, такие как система CRISPR/Cas , служат иммунной системой для предотвращения инфекции путем разрезания вирусного генетического материала. [4] В настоящее время расщепление ДНК с помощью CRISPR / Cas9 широко применяется в биологических исследованиях и имеет широкий медицинский потенциал в редактировании генов человека . [4]

Fanzor принадлежит к системе OMEGA. [1] [2] [4] Эволюционно он имеет общего предка , OMEGA TnpB, с системой CRISPR / Cas12 . [1] [5] Благодаря общему происхождению между системой OMEGA и системой CRISPR, структура белка и функция расщепления ДНК Fanzor и Cas12 остаются в значительной степени консервативными. [1] [6] В сочетании с широким распространением Fanzor в различных геномах различных эукариотических видов, [6] это повышает вероятность того, что OMEGA Fanzor станет альтернативой системе CRISPR/Cas с лучшей эффективностью и совместимостью в других сложных эукариотических организмах, таких как млекопитающие .

Фанзор как потенциальный редактор генома человека

Благодаря своему эукариотическому происхождению система OMEGA Fanzor может иметь некоторые преимущества перед более изученным редактором генов CRISPR/Cas с точки зрения приложений редактирования человеческого генома. [1] В системе CRISPR/Cas9 белки Cas9 направляются направляющей РНК (гРНК) и мотивом, прилегающим к протоспейсеру (PAM) для расщепления ДНК. Интересно, что гены Fanzor в почвенном грибе S. punctatus [1] [5] также содержат некодирующие последовательности, называемые ωРНК. Подобно CRISPR/Cas9, показано, что белок Fanzor расщепляет ДНК в пробирках под руководством ωРНК и мотива, прилегающего к мишени (TAM). [1]

Как показано на схеме, расщепление ДНК Cas9 инструктируется gRNA и последовательностью PAM "NGG"[7] на целевой ДНК, где N может быть любым из четырех компонентов ДНК (A, G, C или T). Аналогично, расщепление ДНК Fanzor инструктируется ωRNA и последовательностью TAM "CATA" на целевой ДНК1. Неточное представление размера и структуры РНК и белков. (создано с помощью Biorender)
Как показано на схеме, расщепление ДНК Cas9 инструктируется gRNA и последовательностью PAM "NGG" [7] на целевой ДНК, где N может быть любым из четырех компонентов ДНК (A, G, C или T). Аналогично, расщепление ДНК Fanzor инструктируется ωRNA и последовательностью TAM "CATA" на целевой ДНК1. Неточное представление размера и структуры РНК и белков. (создано с помощью Biorender)

В клетках человека белок Fanzor Spizellomyces punctatus был успешно протестирован и показал свою эффективность в расщеплении ДНК. [1] Однако его эффективность ниже по сравнению с близкородственной системой CRISPR/Cas12a. [1] Модифицировав и настроив ωРНК и аминокислотную последовательность, была разработана вторая версия белка Fanzor S. punctatus с улучшенной эффективностью расщепления, сравнимой с эффективностью системы CRISPR/Cas12a. [1] Это показывает, что при более совершенных модификациях и дополнительных исследованиях OMEGA Fanzor имеет потенциал для того, чтобы в будущем соответствовать системе CRISPR в редактировании генома человека.

Клиническое и биотехнологическое значение

Исследования показывают, что Fanzor имеет большой потенциал для эффективного редактирования генома человека [1] [6] с более высокой вероятностью того, что он не подвергнется нападению со стороны иммунной системы. [6] Например, Fanzor может быть использован в персонализированном лечении рака , где собственные Т-клетки пациента — важные клетки иммунной системы, которые распознают и борются с чужеродными патогенами — редактируются для распознавания и уничтожения раковых клеток. [2] [8] В области регенеративной медицины он дает надежду на применение в терапии стволовыми клетками для лечения многих заболеваний генетического происхождения, таких как диабет 1 типа или нейродегенеративные заболевания . [2]

Более того, Fanzor потенциально может быть использован для редактирования генома в яйцеклетках и сперме [2] для профилактики заболеваний и лечения бесплодия . Однако вмешательство в ДНК таких клеток сопряжено с рисками и требует строгих этических норм . [9]

Одним из главных преимуществ Fanzor по сравнению с системой CRISPR/Cas9 является его небольшой размер. Поэтому его можно доставлять с помощью вирусных векторов , которые представляют собой модифицированные мертвые тела вирусов, разработанные для безопасной доставки генетического материала, например, аденовирусов . [4] Аденовирусы обычно используются в медицинских целях, таких как доставка генов или вакцин [10] , которые не вызывают иммунных реакций в организме человека. [4]

Однако исследователи предупреждают, что необходимы дальнейшие исследования для повышения эффективности редактирования [1] [6] и точности. [1]

Наряду с применением в клетках человека, Fanzor является перспективным инструментом для специфического редактирования генома в растениях, поскольку вышеупомянутые преимущества белка заключаются в небольшом размере. [2] Таким образом, содержание питательных веществ , устойчивость к болезням и доступность сельскохозяйственных культур могут быть улучшены. [11] Более того, в отношении текущих и возникающих проблем, вызванных изменением климата , сельскохозяйственные культуры могут быть адаптированы для лучшей переносимости стрессовых факторов, таких как засуха , засоление и повышение температуры. [12]


Ссылки

  1. ^ abcdefghijklm Сайто, Макото; Сюй, Пэйю; Фор, Гильем; Магуайр, Саманта; Каннан, Соумья; Альтае-Тран, Хан; Во, Сэм; Десимон, АнАн; Макрэ, Рианнон К.; Чжан, Фэн (2023-08-01). "Fanzor - это эукариотическая программируемая РНК-управляемая эндонуклеаза". Nature . 620 (7974): 660– 668. Bibcode :2023Natur.620..660S. doi :10.1038/s41586-023-06356-2. ISSN  1476-4687. PMC 10432273 . PMID  37380027. 
  2. ^ abcdef Аван, Мухаммад Джавад Акбар; Аван, Мухаммад Раза Али; Амин, Имран; Мансур, Шахид (2023). «Fanzor: компактная программируемая РНК-управляемая эндонуклеаза из эукариот». Тенденции в биотехнологии . 41 (11): 1332– 1334. doi :10.1016/j.tibtech.2023.08.003. ISSN  0167-7799. PMID  37673694. S2CID  261536553.
  3. ^ Бао, Вэйдун; Юрка, Ежи (2013-04-01). «Гомологи бактериального TnpB_IS605 широко распространены в различных эукариотических мобильных элементах». Mobile DNA . 4 (1): 12. doi : 10.1186/1759-8753-4-12 . ISSN  1759-8753. PMC 3627910 . PMID  23548000. 
  4. ^ abcde Бадон, Изабель Вэнь; О, Ёунсун; Ким, Хо-Джунг; Ли, Сын Хван (2023). «Недавнее применение системы CRISPR-Cas12 и OMEGA для редактирования генома». Молекулярная терапия . 32 (1): 32– 43. doi : 10.1016/j.ymthe.2023.11.013 . ISSN  1525-0016. PMC 10787141. PMID 37952084  . 
  5. ^ ab Yang, Hui; Patel, Dinshaw J. (2023-11-06). "Fanzors: поразительное расширение РНК-управляемых эндонуклеаз на эукариотах". Cell Research . 34 (2): 99– 100. doi : 10.1038/s41422-023-00894-0 . ISSN  1748-7838. PMC  10837191. PMID  37932446. S2CID  265041856.
  6. ^ abcde Цзян, Кайи; Лим, Джастин; Сгриззи, Саманта; Трин, Майкл; Каяболен, Алисан; Ютин, Наталья; Бао, Вэйдун; Като, Казуки; Кунин Евгений Владимирович; Гутенберг, Джонатан С.; Абудайе, Омар О. (2023). «Программируемые РНК-ориентированные ДНК-эндонуклеазы широко распространены у эукариот и их вирусов». Достижения науки . 9 (39): –0171. Бибкод : 2023SciA....9K.171J. doi : 10.1126/sciadv.adk0171. ПМК 10530073 . ПМИД  37756409. 
  7. ^ Андерс, Каролин; Нивонер, Оле; Дюрст, Алессия; Джинек, Мартин (сентябрь 2014 г.). «Структурная основа PAM-зависимого распознавания целевой ДНК эндонуклеазой Cas9». Nature . 513 (7519): 569– 573. Bibcode :2014Natur.513..569A. doi :10.1038/nature13579. PMC 4176945 . PMID  25079318. 
  8. ^ Димитрий, Александр; Хербст, Фридерике; Фрайетта, Джозеф А. (18 марта 2022 г.). «Инженерия следующего поколения CAR T-клеток с помощью редактирования генов CRISPR-Cas9». Молекулярный рак . 21 (1): 78. doi : 10.1186/s12943-022-01559-z . PMC 8932053. PMID  35303871 . 
  9. ^ Рубеис, Джованни; Стегер, Флориан (2018-07-01). «Риски и преимущества редактирования генома зародышевой линии человека: этический анализ». Asian Bioethics Review . 10 (2): 133– 141. doi :10.1007/s41649-018-0056-x. ISSN  1793-9453. PMC 7747319. PMID 33717282  . 
  10. ^ Ли, Коди С.; Бишоп, Эллиот С.; Чжан, Жуи; Ю, Синьи; Фарина, Эван М.; Ян, Шуцзюань; Чжао, Чен; Цзэн, Цзунъюэ; Шу, Йи; У, Синъе; Лей, Цзяян; Ли, Яша; Чжан, Венвэнь; Ян, Чао; Ву, Кэ; Ву, Ин; Эй, Шервин; Ативирахам, Аравинд; Ли, Майкл Дж.; Вольф, Дженнифер Мориатис; Рид, Рассел Р.; Хэ, Тонг-Чуан (2017). «Доставка генов, опосредованная аденовирусом: потенциальные возможности применения генной и клеточной терапии в новую эпоху персонализированной медицины». Гены и болезни . 4 (2): 43–63 . doi : 10.1016/j.gendis.2017.04.001 . ISSN  2352-3042. PMC 5609467. PMID  28944281. S2CID  34626858 . 
  11. ^ Пиксли, Кевин В.; Фальк-Зепеда, Хосе Б.; Паарлберг, Роберт Л.; Филлипс, Питер В. Б.; Сламет-Лоедин, Инес Х.; Дхугга, Канварпал С.; Кампос, Хьюго; Гуттерсон, Нил (апрель 2022 г.). «Геномно-редактированные культуры для повышения продовольственной безопасности мелких фермеров». Nature Genetics . 54 (4): 364– 367. doi : 10.1038/s41588-022-01046-7 . PMID  35393597. S2CID  248025116.
  12. ^ Караволиас, Николас Г.; Хорнер, Уилсон; Абугу, Модеста Н.; Эванега, Сара Н. (7 сентября 2021 г. ). «Применение редактирования генов для борьбы с изменением климата в сельском хозяйстве». Frontiers in Sustainable Food Systems . 5. doi : 10.3389/fsufs.2021.685801 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fanzor&oldid=1267581860"