Pela primeira vez, os cientistas capturaram imagens tridimensionais de alta resolução de uma enzima no processo de corte preciso dos filamentos de DNA.
As imagens – capturadas usando uma técnica chamada microscopia eletrônica criogênica, ou cryo-EM – revelam novas informações sobre como funciona uma ferramenta de edição de genes chamada CRISPR-Cas9, que pode ajudar os pesquisadores a desenvolver versões que operam de forma mais eficiente e precisa para alterar genes.
As descobertas – publicadas hoje na Nature Structural and Molecular Biology – são promissoras para o futuro tratamento e prevenção de uma série de doenças humanas causadas por mutações do DNA, do câncer à fibrose cística e à doença de Huntington.
“É excitante poder ver com um nível tão alto de detalhes como a Cas9 realmente trabalha para cortar e editar as cadeias de DNA”, disse o pesquisador da UBC Sriram Subramaniam, que liderou os estudos de cryo-EM. “Essas imagens nos fornecem informações inestimáveis ??para melhorar a eficiência do processo de edição de genes, para que possamos, com sorte, corrigir as mutações de DNA causadoras de doenças com mais rapidez e precisão no futuro”.
CRISPR, abreviação de CRISPR-Cas9, é uma ferramenta de edição de genes na qual a enzima Cas9 atua como um par de tesouras moleculares, capazes de cortar fitas de DNA. Uma vez que a enzima faz cortes no DNA em locais específicos, inserções e edições podem ser feitas, alterando a sequência de DNA.
Para entender melhor a seqüência de eventos envolvidos no processo, Subramaniam e seus colegas usaram a tecnologia cryo-EM para visualizar a enzima Cas9 em ação. As imagens fornecem vislumbres sem precedentes dos movimentos moleculares graduais que ocorrem no decorrer do corte de DNA por Cas9, incluindo um instantâneo do DNA cortado ainda ligado à enzima imediatamente antes da liberação.
“Um dos principais obstáculos que impedem o desenvolvimento de melhores ferramentas de edição de genes usando Cas9 é que nós não temos nenhuma imagem dele realmente cortando DNA”, disse o co-autor sênior do estudo, Miljan Simonovic, pesquisador da Universidade de Illinois. “Mas agora temos uma imagem muito mais clara, e até vemos como os principais domínios da enzima se movem durante a reação e isso pode ser um alvo importante para a modificação.”
O laboratório Subramaniam foi o primeiro a conseguir imagens de resolução atômica de proteínas e moléculas de drogas ligadas a proteínas usando cryo-EM. Nos últimos anos, eles foram pioneiros no uso de cryo-EM para visualizar uma variedade de proteínas, incluindo enzimas metabólicas, receptores cerebrais e complexos DNA-proteína.
O estudo foi apoiado pelos fundos do Instituto Nacional do Câncer dos EUA, Institutos Nacionais de Bolsas de Saúde, do Centro de Ciências Clínicas e Translacionais da UIC e por um cargo de Presidente de Pesquisa de Excelência do Canadá concedido à Subramaniam.
Como presidente de pesquisa de excelência em design de drogas para o câncer de precisão do Canadá, Subramaniam dirige um laboratório destinado a promover descobertas transformadoras em câncer, neurociência e doenças infecciosas. Xing Zhu, primeiro autor do estudo, bem como co-autor Sagar Chittori são membros do laboratório Subramaniam na UBC.
Publicado em 10/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-scientists-capture-images-gene-editing-enzymes.html
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