La technologie d'édition génétique connue sous le nom de CRISPR a conduit à des changements révolutionnaires dans l'agriculture, la recherche en santé et bien plus encore.

Dans une recherche publiée dans Nature Catalysis , des scientifiques de l'Université d'État de Floride ont produit les premières images haute résolution en accéléré montrant des ions magnésium interagissant avec l'enzyme CRISPR-Cas9 pendant qu'elle coupe des brins d'ADN, fournissant ainsi la preuve claire que le magnésium joue un rôle à la fois dans la rupture des liaisons chimiques et dans la quasi-rupture des liaisons chimiques. coupe d'ADN simultanée.

"Si vous coupez des gènes, vous ne voulez pas qu'un seul brin d'ADN soit brisé, car la cellule peut le réparer facilement sans modification. Vous voulez que les deux brins soient brisés", a déclaré Hong Li, professeur au Département de chimie. et biochimie et directeur de l'Institut de biophysique moléculaire. "Il faut deux coupures qui tirent à proximité. Le magnésium joue un rôle dans cela, et nous avons vu exactement comment cela fonctionne."

CRISPR-Cas9 est l’outil le plus largement utilisé pour la manipulation génétique. La technologie utilise une enzyme reconvertie pour se lier à l'ADN, permettant ainsi des altérations à des endroits spécifiés du génome.

Les scientifiques savaient que le magnésium jouait un rôle dans ce processus, mais on ne savait pas exactement comment, et personne n'avait été en mesure de capturer de près des images accélérées du processus. En exploitant une version plus lente de CRISPR-Cas9, cette recherche a montré que les ions magnésium au centre de la réaction de catalyse sont la clé de la coupure quasi simultanée.

"Je pense que bien souvent, en science, même si l'on peut déduire quelque chose, on aimerait avoir la preuve", a déclaré Li. "Par exemple, avec le magnésium, tout le monde sait que vous en avez besoin, mais ne pas le voir en action, ce n'est pas une science complète, n'est-ce pas ? Vous n'avez pas le même niveau de compréhension de son fonctionnement."

Les chercheurs ont utilisé le microscope cryoélectronique de la ressource d'imagerie scientifique biologique de la FSU, capable de produire des images avec une résolution proche de l'atome, pour observer les ions métalliques et d'autres atomes à l'œuvre au sein de l'enzyme CRISPR-Cas9. Cela leur a permis de collecter des données qui ont non seulement confirmé leurs hypothèses antérieures, mais ont également conduit à une découverte surprenante sur la façon dont le magnésium coordonne les cassures double brin.

CRISPR a fait ses débuts dans l'édition génétique en 2013, et depuis lors, les scientifiques ont travaillé pour accroître sa fiabilité et étendre son applicabilité à une variété d'organismes et de types de cellules divers.

"En modifiant les sites actifs - les ensembles de" ciseaux "qui coupent les brins d'ADN cibles et non cibles - nous pouvons influencer la capacité de Cas9 à utiliser des métaux alternatifs pour couper", a déclaré Mitchell Roth, doctorant et co-auteur de l'article. "Il y a encore beaucoup à explorer avec CRISPR."

Comprendre comment chaque élément affecte le fonctionnement de l'enzyme donne aux scientifiques un aperçu des pistes de recherche qui pourraient donner lieu à de nouvelles connaissances et utilisations. Li et son équipe prévoient d'approfondir leurs recherches pour étudier comment CRISPR-Cas9 peut être réorganisé à d'autres fins.

Les co-auteurs de cet article étaient les anciens chercheurs postdoctoraux Anuska Das et Jay Rai, le doctorant Yuerong Shu, l'étudiante de premier cycle Megan L. Medina et l'ancien étudiant de premier cycle Mackenzie R. Barakat, tous de FSU.

Plus d'informations : Anuska Das et al, États catalytiques couplés et rôle de la coordination des métaux dans Cas9, Nature Catalysis (2023). DOI :10.1038/s41929-023-01031-1

Informations sur le journal : Catalyse naturelle

Fourni par l'Université d'État de Floride