ガイドRNAとのCas9ヌクレアーゼ複合体の構造
ロシアと米国の科学者の国際チームは、RNAガイドを使用して目的のRNAを特異的に破壊することができる酵素を発見しました。ヌクレアーゼはCRISPRシステムの種類の1つですが、広く知られているCRISPR / Cas9とは異なり、DNAではなくRNAレベルで作用するため、「間違った」切断の導入によるゲノムの不安定化のリスクが排除されます。作業はまだレビューされておらず、bioarXiv.orgデータベースでプレプリントとして入手できます。
2012年に作成されたCRISPR / Cas9ゲノム編集システムは、細菌性抗ウイルス免疫システムに基づいています。この免疫により、細菌はCRISPR「カードインデックス」（細菌ゲノムの特定の部分にある）でウイルスDNAの断片を見つけ、特殊なヌクレアーゼを使用してウイルスDNAを破壊することができます。
さまざまな細菌や古細菌には、いくつかの種類のCRISPRシステムといくつかのヌクレアーゼがありますが、Cas9ヌクレアーゼは、ほとんどの場合、バイオエンジニアリングのゲノム編集に使用されます（これはメソッドの名前に反映されています）。この特定のヌクレアーゼの主な利点は、Cas9が独立して機能する（1つのタンパク質である）一方で、他のほとんどのCRISPRヌクレアーゼは複数の酵素の複合体で機能し、ゲノム編集にマルチサブユニット複合体を使用することは不便であり、しばしば効果がないことです。
CRISPR / Cas9システムには3つの重要な欠点があります。まず、Cas9ヌクレアーゼはかなり大きなタンパク質であり、その遺伝子は、遺伝子構築物を細胞に導入するために使用される担体（ベクター）に適合しないことがよくあります。
第二に、Cas9はRNAではなくDNAにのみ作用します。本当に細胞のゲノムを編集したい、つまりDNAを変更したいのであれば、これは不利とは言えません。しかし、多くの場合、RNAレベルで目的の遺伝子の活性を「オフ」にするだけで、この遺伝子から作成されたすべてのコピーを破壊するだけで、目的の結果を得ることができます。 RNA干渉の例で知られているこのような介入は、ゲノムに不安定性をもたらさないため、潜在的に安全です。例えば、ヌクレアーゼが標的の選択を間違えたとしても、これは決してゲノムに突然変異の出現をもたらすことはありません。このような方法は、CRISPR / Cas9を使用した真のゲノム編集よりも治療用途に近い可能性があります。
第三に、CRISPR / Cas9ゲノム編集法は現在、特許紛争の対象となっており、臨床診療への参入を大幅に遅らせる可能性があります。これらすべての理由から、遺伝子活性を調節するために使用できる新しいヌクレアーゼを探す必要があります。
以前、同じグループの研究者が、細菌のゲノムデータで新しいタイプのCRISPR免疫を検索し、仮想のC2c2ヌクレアーゼを含む新しいクラスのCRISPRシステムを見つけるためのバイオインフォマティクスシステムを作成することに成功しました。これは、配列分析によって示されるように、DNAではなくRNAに作用する可能性が最も高い小さなタンパク質です。
新しい研究では、科学者はこれらの仮定を確認し、新しいCRISPR / C2c2システムの動作をテストすることができました。これを行うために、著者らは、CRISPR、C2c2、およびシステムの他のコンポーネントの配列を、それが見つかったゲノムのレプトトリキア（Leptotrichia shahii）から大腸菌のゲノムに移しました。その後、科学者たちは細菌をMS2 RNAウイルスに感染させ、生き残った細胞を調べました。したがって、CRISPR / C2c2の作用に対して最も脆弱なウイルスの断片を検出し、C2c2酵素の基質選択性を決定することが可能でした。
CRISPR / C2c2システムのバイオエンジニアリング特性のテストとして、著者らは、以前に細胞に導入された赤色蛍光タンパク質遺伝子のRNAを破壊することにより、細菌の赤色発光をオフにすることを学びました。科学者によると、シャットダウン効率は、蛍光タンパク質のRNAで選択されたターゲットに応じて、20〜92パーセントの範囲でした。
この効率は、同様の方法で機能するRNA干渉の効率に匹敵しますが、分子生物学的メカニズムが異なります。 RNA干渉にはそれ自身の欠点があります。たとえば、遺伝子をオフにするために細胞に導入される短いRNAは、非特異的RNaseによって非常に迅速に破壊され、細胞に入ることができないことが多いため、治療効果が大幅に低下します。
アレクサンダーエルショフ
