«`html
Геномные перестройки и их значение в генетическом разнообразии
Геномные перестройки играют важную роль в генетическом разнообразии и осуществляются с помощью ферментов, участвующих в ремонте ДНК и перемещении генетического материала, таких как транспозазы и рекомбиназы. Эти ферменты используются мобильными генетическими элементами (MGEs) для мобилизации ДНК, включая специфические и полуслучайные вставки и удаления. Вставочные последовательности (IS), обнаруженные в бактериях и археях, обычно используют транспозазы, распознающие терминально инвертированные повторы. В отличие от этого, семейство IS110 использует отличный каталитический мотив DEDD для механизма вырезания и вставки, не имея терминально инвертированных повторов. Это семейство нацелено на конкретные геномные последовательности, часто интегрируясь в повторяющиеся элементы в геномах.
Открытие структурированной не-кодирующей РНК (ncRNA) в системе вставки IS110
Исследователи из нескольких учреждений, включая Arc Institute и UC Berkeley, обнаружили, что вставочные последовательности IS110 экспрессируют структурированную не-кодирующую РНК, взаимодействующую с их рекомбиназой. Эта «мостовая» РНК имеет две петли, которые специфически связываются как с целевой ДНК, так и с донорной ДНК элемента IS110. Эти петли могут быть независимо перепрограммированы для облегчения последовательностно-специфической рекомбинации, позволяя вставке, вырезанию или инверсии ДНК-сегмента. Эта система предлагает новый модульный подход к перестройке ДНК, расширяя возможности за пределы традиционных методов, таких как CRISPR.
Использование специализированных рекомбиназ для вставки IS110 в бактериальные геномы
Семейство IS110, включая IS621, использует специализированные рекомбиназы с каталитическим мотивом DEDD RuvC-подобным и областями, богатыми серином, для вырезания и интеграции в бактериальные геномы. Ключевым моментом этого процесса является то, что рекомбиназа IS621 связывается с конкретной ncRNA, происходящей от ее концов. Структура этой ncRNA, состоящая из стволов и внутренних петель, обеспечивает связь рекомбиназы и ДНК во время интеграции. Сохраняющийся характер ncRNA через элементы IS110 и его критическая роль в рекомбинации указывают на потенциал программирования нацеленной на ДНК. Это понимание улучшает наше представление о динамике бактериального генома и намекает на применение в точных генетических модификациях.
Эксперименты и результаты
Эксперименты с системой рекомбинации IS621 в E. coli продемонстрировали ее высокую специфичность и программирование. Исследователи достигли целенаправленной рекомбинации с значительной точностью, используя настраиваемые мостовые РНК, которые точно соответствуют целевым последовательностям ДНК. Система предпочитала точные совпадения, а толерантность к несовпадениям была низкой, что указывает на высокую точность. Эффективность рекомбинации заметно улучшилась, когда мостовые РНК были экспрессированы отдельно (в трансе). Эта способность перепрограммирования мостовой РНК IS621 для точного нацеливания и вставки ДНК подчеркивает ее потенциал для точной геномной инженерии с минимальными побочными эффектами, что делает ее ценной для терапевтических и биотехнологических применений.
Заключение
Открытие мостовой РНК представляет собой новую парадигму в РНК-управляемой генетической манипуляции, отличную от известных систем, таких как tRNA, CRISPR RNA и snoRNA. В отличие от одноцепочечных РНК-направляющих, мостовые РНК являются биспецифическими молекулами, которые оркестрируют точное выравнивание донорной и целевой последовательностей ДНК для эффективной рекомбинации. Эта компактная РНК (около 150–250 нуклеотидов) партнерствует с белком рекомбиназы (около 300–460 аминокислот), используя внутренние связующие петли, аналогичные структурам tRNA или snoRNA. Этот механизм позволяет элементам IS110, широко распространенным у прокариот, осуществлять разнообразные перестройки ДНК с минимальной зависимостью от взаимодействий белок-ДНК. Структурные исследования показывают модульный РНК-белковый комплекс, способный катализировать сложные манипуляции с ДНК, такие как вставка, вырезание и инверсия, позиционируя мостовые РНК как мощные инструменты для геномной инженерии за пределами традиционных РНК-управляемых систем.
Проверьте Paper 1 и Paper 2. Вся заслуга за это исследование принадлежит ученым этого проекта. Также не забудьте подписаться на наш Twitter.
Присоединяйтесь к нашему Telegram-каналу и группе LinkedIn.
Если вам нравится наша работа, вам понравится наша рассылка.
Не забудьте присоединиться к нашему 45k+ ML SubReddit
Опубликовано на MarkTechPost.
«`
