Cấu trúc 3D của một protein tham gia vào chỉnh sửa gene
Chỉnh sửa gene là một trong những đột phá mới nhất của lĩnh vực sinh học. Hệ chỉnh sửa gene CRISPR-Cas đem đến cho sinh vật nhân sơ (sinh vật thiếu hạt nhân tế bào) một miễn dịch có thể chống lại DNA bên ngoài. Kể từ khám phá này của công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR, các nhà khoa học đã khám phá thêm sự tiến hóa của các protein CRISPR-Cas so với các tiền chất đó.
Đó là hiểu biết giúp họ phát triển các công cụ chỉnh sửa gene nhỏ và mới khác cho liêu pháp gene. Tại đại học Tokyo, nhóm nghiên cứu do giáo sư Osamu Nureki dẫn dắt đã nghiên cứu về việc nhận diện cấu trúc và chức năng của các protein tham gia vào chỉnh sửa gene. Trong một nghiên cứu gần đây do nhóm nghiên cứu thực hiện, họ đã khám phá ra cấu trúc 3D của một protein tên là TnpB, một tiền chất của enzyme CRISPR-Cas12. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Nature “Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme”1.
Một nghiên cứu trước cho rằng protein TnpB có thể hoạt động như một cặp kéo phân tử, cắt DNA với sự hỗ trợ của một RNA không mai hóa được gọi là ωRNA. Nhưng chính xác sự chia tách DNA dưới sự hướng dẫn của RNA vận hành và mối quan hệ tiến hóa của nó với các enzyme Cas12 như thế nào vẫn còn chưa rõ ràng, điều này đã dẫn đến cuộc tìm hiểu của nhóm nghiên cứu của Nureki. Nghiên cứu của họ là bước đi đầu tiên và quan trọng nhất hướng đến hiểu biết về cấu trúc của protein này.
Để xác định được cấu trúc ba chiều của TnpB, các nhà nghiên cứu đặt protein TnpB từ một vi khuẩn mang tên Deinococcus radiodurans vào kính hiển vi điện tử cryo. Với kỹ thuật này, mẫu protein được làm lạnh đến âm196° C bằng việc sử dụng nitơ lỏng và chụp ảnh hồng ngoại bằng chùm tia điện tử, đủ để có thông tin về cấu trúc ba chiều của protein.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra là ωRNA trong TnpB đã có một cấu trúc pseudoknot độc nhất vô nhị – một cấu trúc bậc hai axit nucleic chứa ít nhất hai cấu trúc vòng gốc, trong đó một nửa của một thân nằm xen kẽ giữa hai nửa của thân khác – tương tự với cấu trúc của RNA hướng dẫn các enzyme Cas12. Nghiên cứu này cho thấy cách TnpB ghi nhận ωRNA và cắt DNA đích. Và khi so sánh cấu trúc của protein này với các enzyme Cas12, các nhà nghiên cứu thấy hai cách có thể để TnpB tiến hóa thành các enzyme CRISPR-Cas12.
“Phát hiện của chúng tôi đem đến những thông tin mang tính cơ chế về chức năng của TnpB và tăng cường hiểu biết của chúng tôi về sự tiến hóa của protein TnpB thành bộ phận tác động CRISPR-Cas12”, Ryoya Nakagawa, một nghiên cứu sinh và là tác giả thứ nhất của bài báo, nói. Trong tương lai, anh cho biết thêm “Chúng tôi sẽ khám phá những tiềm năng ứng dụng của các kỹ thuật chỉnh sửa gene dựa trên TnpB”.
Thanh Hương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2023-04-reveals-3d-protein-involved-genome.html
https://www.eurekalert.org/news-releases/985411
——————————
1. https://www.nature.com/articles/s41586-023-05933-9
