Beweeg over, gen-editing eiwitten - er is een kleinere, goedkoper, meer specifieke genetische manipulatietool in de buurt:DNAzymes - kleine DNA-moleculen die kunnen functioneren als eiwitenzymen.

Onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign hebben een techniek ontwikkeld die, Voor de eerste keer, stelt DNAzymes in staat om dubbelstrengs DNA te targeten en te knippen, het overwinnen van een belangrijke beperking van de technologie. DNAzymes zijn gebruikt bij biosensing, DNA-computing en vele andere toepassingen. Echter, als het gaat om toepassingen van genetische manipulatie zoals genbewerking of gentherapie, ze stonden voor een uitdaging:DNAzymes hebben zich alleen kunnen richten op sites op enkelstrengs DNA, terwijl het DNA dat codeert voor genen in cellen dubbelstrengs is. De onderzoekers publiceerden hun nieuwe techniek in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"DNAzymen hebben veel voordelen, inclusief hogere stabiliteit, kleiner formaat en lagere kosten dan eiwitenzymen. Deze voordelen passen perfect bij de vereisten voor genetische manipulatietools, " zei studieleider Yi Lu, een professor in de chemie in Illinois. "Geen enkele DNAzyme zou dubbelstrengs DNA kunnen veranderen tot dit werk. Door dat te laten gebeuren, we openen de deur voor DNAzymes om de hele wereld van genetische manipulatie binnen te gaan."

In dubbelstrengs DNA, de twee strengen zijn specifiek aan elkaar gekoppeld met complementaire sequenties. Om het DNAzymen mogelijk te maken om het dubbelstrengs DNA te knippen, het team uit Illinois ontwikkelde een techniek die DNAzymen koppelt aan helpermoleculen die peptide-nucleïnezuren worden genoemd.

"PNA is een zeer sterke DNA-binder, sterk genoeg om te binden aan één streng van het dubbelstrengs DNA, ook al zijn alle basen al gepaard met de andere streng, " zei Mingkuan Lyu, een afgestudeerde student en de eerste auteur van het papier. "Als dit proces eenmaal plaatsvindt, één streng van het dubbelstrengs DNA wordt bezet door PNA, en de andere streng zal worden blootgesteld als enkelstrengs DNA, beschikbaar voor de DNAzyme om te interageren."

Het team demonstreerde eerst de techniek, PNA-geassisteerde dubbelstrengs DNA-nicking door DNAzymes genoemd, of PANDA, op een synthetische testsequentie om te bewijzen dat het werkte om een ​​of beide strengen van een dubbelstrengs DNA-doelwit te knippen. Ze testten ook het vermogen van PANDA om een ​​specifieke doelsequentie te onderscheiden van vergelijkbare sequenties. Dit is belangrijk, zeiden de onderzoekers, aangezien onbedoelde off-target activiteit een van de uitdagingen is die de klinische toepassingen van op eiwitten gebaseerde genbewerkingstechnieken heeft beperkt, zoals CRISPR.

"In CRISPR-Cas9, het gids-RNA is verantwoordelijk voor aangepaste doelherkenning, maar in PANDA, zowel de DNAzyme en de PNA zijn. Daarom, er is een inherent 'dubbel-check'-mechanisme in PANDA, waardoor het strenger is in doelspecificiteit, " zei Lyu. "We hebben de specificiteit getest door slechts één base in het doelwit te muteren. Het bleek dat in de meeste gevallen PANDA kan deze kleine verandering herkennen en weigeren het verkeerde doelwit te snijden."

Een ander voordeel van PANDA is zijn kleine formaat:de PNA en DNAzyme zijn samen ongeveer vijf keer kleiner dan het CRISPR-Cas9-complex, Lu zei - waardoor het toegang kreeg tot drukke plaatsen in het dicht opeengepakte DNA van een chromosoom dat een groot eiwit niet kon bereiken.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om de prestaties van het PANDA-systeem te onderzoeken, gericht op genen die van belang zijn in levende cellen. Ze zijn ook van plan om de catalogus van genen uit te breiden waarop het PANDA-systeem zich kan richten.

"De targetingsequenties kunnen gemakkelijk worden gewijzigd en aangepast voor specifieke toepassingen, " zei Lu. "Daarom kan het PANDA-systeem dienen als een nieuw alternatief hulpmiddel voor een breed scala aan genetische manipulatie en andere biochemische en biotechnologische toepassingen."