Bilim İnsanları Biyolojik Programlama İçin Temelden Yeni Bir Mekanizmayı Açıkladı
Arc Enstitüsü bilim insanları, tam programlanabilir DNA düzenlemelerine olanak tanıyan devrim niteliğinde bir araç olan köprü rekombinasyon mekanizmasını keşfettiler . Yakın zamanda Nature dergisinde yayınlanan bir makalede ayrıntılı olarak açıklanan bulguları , hedef ve donör DNA moleküllerinin diziye özgü seçimi için kodlamayan bir RNA kullanan ilk DNA rekombinasyonudur .
Bu köprü RNA programlanabilirdir ve kullanıcının istenen herhangi bir genomik hedef dizisini ve eklenecek herhangi bir donör DNA molekülünü belirlemesine olanak tanır. Araştırma, Arc Enstitüsü Ana Araştırmacısı ve Stanford Üniversitesi Biyokimya Yardımcı Doçenti Silvana Konermann ve Tokyo Üniversitesi Yapısal Biyoloji Profesörü Hiroshi Nishimasu’nun laboratuvarlarının işbirliğiyle geliştirildi.
Genetik Programlamanın Yeni Bir Çağı Çalışmanın kıdemli yazarı ve Arc Enstitüsü Temel Araştırmacısı ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley Biyomühendislik Yardımcı Doçenti Dr. Patrick Hsu, “Köprü RNA sistemi biyolojik programlama için temelde yeni bir mekanizmadır,” dedi. “Köprü rekombinasyonu, diziye özgü ekleme, çıkarma, ters çevirme ve daha fazlasıyla genetik materyali evrensel olarak değiştirebilir ve CRISPR’ın ötesinde canlı genom için bir kelime işlemcisi sağlayabilir.”
Köprü rekombinasyon sistemi, mikrobiyal genomlar içinde ve arasında hareket etmek için kendilerini kesip yapıştıran sayısız transpoze edilebilir eleman -veya “zıplayan genler”- türünden biri olan ekleme dizisi 110 (IS110) elemanlarından gelir. Transpoze edilebilir elemanlar tüm yaşam formlarında bulunur ve hayatta kalmak için profesyonel DNA manipülasyon makinelerine dönüşmüştür. IS110 elemanları çok minimaldir ve yalnızca rekombinasyon enzimini kodlayan bir genden ve şimdiye kadar bir gizem olarak kalan yan DNA segmentlerinden oluşur
Köprü RNA’nın Gelişmiş Mekanizması
Hsu laboratuvarı, IS110 kendisini bir genomdan çıkardığında, kodlamayan DNA uçlarının bir araya gelerek iki halkaya katlanan bir RNA molekülü (köprü RNA) ürettiğini buldu. Bir halka IS110 elemanının kendisine bağlanırken, diğer halka elemanın ekleneceği hedef DNA’ya bağlanır. Köprü RNA, baz eşleştirme etkileşimleri yoluyla hem hedef hem de donör DNA’nın dizisini belirleyen bispesifik bir kılavuz molekülün ilk örneğidir.
Arc Enstitüsü’nden bir araştırmacı ekibi, DNA’yı programlanabilir bir şekilde yeniden birleştirmek ve yeniden düzenlemek için hassas ve güçlü bir araç olan köprü rekombinasyon mekanizmasını keşfetti. CRISPR gibi programlanabilir genetik makasların çok ötesine geçen köprü rekombinasyon mekanizması, bilim insanlarının yalnızca değiştirilecek hedef DNA’yı değil, aynı zamanda tanınacak donör materyalini de belirlemesini sağlar, böylece yeni, işlevsel genetik materyal ekleyebilir, hatalı DNA’yı kesebilir veya ilgi duydukları iki diziyi tersine çevirebilirler. Köprü rekombinasyon mekanizmasının temel yönlerini görselleştiren bu kısa videoda daha fazlasını keşfedin. Kaynak: Görsel Bilim
Köprü RNA’nın her halkası bağımsız olarak programlanabilir ve araştırmacıların ilgi duydukları herhangi bir hedef ve donör DNA dizisini karıştırıp eşleştirmelerine olanak tanır. Bu, sistemin IS110 öğesini kendisi ekleyen doğal rolünün çok ötesine geçebileceği ve bunun yerine herhangi bir istenen genetik kargonun (hatalı, hastalığa neden olan bir genin işlevsel bir kopyası gibi) herhangi bir genomik konuma eklenmesini sağlayabileceği anlamına gelir.
Bu çalışmada ekip, E. coli’de istenen bir genin %60’ın üzerinde ekleme verimliliğini ve doğru genomik konum için %94’ün üzerinde özgüllüğü gösterdi. “Bu programlanabilir köprü RNA’ları, IS110’u RNA bileşeni olmayan ve programlanamayan diğer bilinen rekombinasyonlardan ayırıyor,” diyor ortak baş yazar, UC Berkeley biyomühendislik lisansüstü öğrencisi Nick Perry. “Sanki köprü RNA, IS110’u herhangi bir prize uyumlu hale getiren evrensel bir güç adaptörü gibi.”
İşbirlikli Araştırma ve Gelecekteki Etkileri
Hsu laboratuvarının keşfi, 26 Haziran’da Nature’da yayınlanan Tokyo Üniversitesi’ndeki Dr. Hiroshi Nishimasu’nun laboratuvarıyla iş birliğiyle tamamlanıyor . Nishimasu laboratuvarı, hedef ve donör DNA’sına bağlı rekombinasyon-köprü RNA kompleksinin moleküler yapılarını belirlemek için kriyo-elektron mikroskobu kullandı ve rekombinasyon sürecinin temel adımlarında sırayla ilerledi.
Daha fazla araştırma ve geliştirmeyle, köprü mekanizması, CRISPR ve RNA interferansı (RNAi) DNA ve RNA kesme mekanizmalarının ötesine geçerek programlanabilir DNA yeniden düzenlemeleri için birleşik bir mekanizma sunarak üçüncü nesil RNA kılavuzlu sistemlerin öncülüğünü yapmayı vaat ediyor.
Memeli genom tasarımı için köprü rekombinasyon sisteminin daha da geliştirilmesi için kritik olan köprü rekombinasyonu, kesilmiş DNA parçalarını serbest bırakmadan her iki DNA ipliğini birleştiriyor ve mevcut son teknoloji genom düzenleme teknolojilerinin temel bir sınırlamasını aşıyor.
“Köprü rekombinasyon mekanizması, diğer genom düzenleme yöntemlerinin karşı karşıya olduğu en temel zorluklardan bazılarını çözüyor,” dedi araştırmanın eş lideri ve Arc’ta kıdemli bir bilim insanı olan Matthew Durrant. “Herhangi iki DNA molekülünü programlanabilir şekilde yeniden düzenleme yeteneği, genom tasarımında çığır açan buluşlara kapı açıyor.”
