Talento

Novas proteínas de edição de genes programáveis ​​encontradas fora dos sistemas CRISPR
A pesquisa foi liderada pelo investigador McGovern Feng Zhang, que é James e Patricia Poitras Professor de Neurociência no MIT, um investigador do Howard Hughes Medical Institute e um membro central do Broad Institute.
Por Jennifer Michalowski, - 10/09/2021


Esquerda: Han Altae-Tran (Crédito: Zhang Lab). À direita: Soumya Kannan. Crédito: Caitlin Cunningham

Na última década, os cientistas adaptaram os sistemas CRISPR de micróbios à tecnologia de edição de genes, um sistema preciso e programável para modificar o DNA. Agora, os cientistas do McGovern Institute do MIT e do Broad Institute of MIT e Harvard descobriram uma nova classe de sistemas modificadores de DNA programáveis ​​chamados OMEGAs (Obligate Mobile Element Guided Activity), que podem estar naturalmente envolvidos no embaralhamento de pequenos pedaços de DNA em genomas bacterianos.

Essas antigas enzimas de corte de DNA são guiadas até seus alvos por pequenos pedaços de RNA. Embora tenham se originado em bactérias, eles agora foram projetados para funcionar em células humanas, sugerindo que podem ser úteis no desenvolvimento de terapias de edição de genes, particularmente porque são pequenos (~ 30% do tamanho de Cas9), tornando-os mais fáceis de entregar às células do que as enzimas mais volumosas. A descoberta, relatada na revista Science , fornece evidências de que enzimas guiadas por RNA naturais estão entre as proteínas mais abundantes na terra, apontando para uma vasta área nova da biologia que está prestes a conduzir a próxima revolução na tecnologia de edição de genoma.

A pesquisa foi liderada pelo investigador McGovern Feng Zhang, que é James e Patricia Poitras Professor de Neurociência no MIT, um investigador do Howard Hughes Medical Institute e um membro central do Broad Institute. A equipe de Zhang tem explorado a diversidade natural em busca de novos sistemas moleculares que possam ser programados racionalmente.

"Estamos super empolgados com a descoberta dessas enzimas programáveis ​​amplamente difundidas, que sempre estiveram escondidas sob nossos narizes", disse Zhang. "Esses resultados sugerem a possibilidade tentadora de que existam muitos mais sistemas programáveis ​​que aguardam descoberta e desenvolvimento como tecnologias úteis."

Enzimas programáveis, particularmente aquelas que usam um guia de RNA, podem ser adaptadas rapidamente para diferentes usos. Por exemplo, as enzimas CRISPR usam naturalmente um guia de RNA para alvejar invasores virais, mas os biólogos podem direcionar Cas9 para qualquer alvo, gerando seu próprio guia de RNA. "É tão fácil apenas mudar uma sequência de guia e definir um novo objetivo", diz o estudante de pós-graduação e coautor do artigo, Soumya Kannan. "Portanto, uma das questões mais amplas em que estamos interessados ​​é tentar ver se outros sistemas naturais usam esse mesmo tipo de mecanismo."

Os primeiros indícios de que as proteínas OMEGA podem ser dirigidas pelo RNA vieram dos genes para proteínas chamadas IscBs. Os IscBs não estão envolvidos na imunidade CRISPR e não eram conhecidos por se associarem ao RNA, mas pareciam pequenas enzimas de corte de DNA. A equipe descobriu que cada IscB tinha um pequeno RNA codificado nas proximidades e direcionou as enzimas IscB para cortar sequências de DNA específicas. Eles chamaram esses RNAs de "ωRNAs".
 
Os experimentos da equipe mostraram que duas outras classes de pequenas proteínas conhecidas como IsrBs e TnpBs, um dos genes mais abundantes em bactérias, também usam ωRNAs que atuam como guias para direcionar a clivagem do DNA.

IscB, IsrB e TnpB são encontrados em elementos genéticos móveis chamados transposons. O estudante graduado Han Altae-Tran, coautor do artigo, explica que cada vez que esses transposons se movem, eles criam um novo RNA guia, permitindo que a enzima que eles codificam se corte em outro lugar.

Não está claro como as bactérias se beneficiam desse embaralhamento genômico - ou mesmo se o fazem. Os transposons são frequentemente considerados pedaços egoístas de DNA, preocupados apenas com sua própria mobilidade e preservação, diz Kannan. Mas se os hosts podem "cooptar" esses sistemas e reaproveitá-los, os hosts podem ganhar novas habilidades, como acontece com os sistemas CRISPR que conferem imunidade adaptativa.

IscBs e TnpBs parecem ser os predecessores dos sistemas Cas9 e Cas12 CRISPR. A equipe suspeita que eles, junto com IsrB, provavelmente deram origem a outras enzimas guiadas por RNA também - e estão ansiosos para encontrá-las. Eles estão curiosos sobre a gama de funções que podem ser realizadas na natureza por enzimas guiadas por RNA, diz Kannan, e suspeitam que a evolução provavelmente já tirou proveito de enzimas OMEGA como IscBs e TnpBs para resolver problemas que os biólogos estão ansiosos para resolver.

"Muitas das coisas em que estivemos pensando podem já existir naturalmente em alguma função", diz Altae-Tran. "Versões naturais desses tipos de sistemas podem ser um bom ponto de partida para se adaptar a essa tarefa específica."

A equipe também está interessada em rastrear a evolução dos sistemas guiados por RNA no passado. "Encontrar todos esses novos sistemas esclarece como os sistemas guiados por RNA evoluíram, mas não sabemos de onde vem a própria atividade guiada por RNA", diz Altae-Tran. Compreender essas origens, diz ele, pode abrir caminho para o desenvolvimento de ainda mais classes de ferramentas programáveis.

 

.
.

Leia mais a seguir