In een zoektocht naar ‘voorlopers’ van CRISPR-enzymen bij micro-organismen zijn meer dan eenmiljoen mogelijke genoombewerkende enzymen gevonden. Nu maar eens zien wat die allemaal kunnen…

De gevonden enzymen behoren tot de eiwitfamilie IscB. Die worden gezien als de ‘voorloper’ van de inmiddels (voor geïnteresseerden) overbekende genschaar Cas9. Zo’n ‘schaar’ laat zich door een stukje gids-RNA geleiden naar de te knippen plek op het DNA. Dat samenwerkingsverband is de kern van het succesverhaal van het CRISPR-systeem.

Dat er meer enzymen zijn die een dergelijke samenwerking met RNA aan kunnen geeft de hoop dat er alternatieve genoombewerkingssystemen bestaan, stelt de bekende MIT-genomicus Feng Zhang. “Die ‘programmeerbare’ eiwitten zijn erg nuttig, meer dan voor de fundamentele kennis. Dit mechanisme van RNA-gestuurde DNA-herkenning is waarschijnlijk iets dat de natuur onafhankelijk vele malen heeft ontwikkeld.”
De CRISPR-methode wordt gebruikt als een manier om het genoom mee te bewerken, maar in oorsprong is het een systeem van bacteriën om zich ander ongerief (zoals virussen) van het lijf te houden. Cas9 wordt dan ingezet om het DNA (of RNA?) van de aanvaller aan flarden te scheuren.
Uit computerberekeningen kwam naar voren dat Cas9 waarschijnlijk ‘voorlopers’ gehad heeft in de IscB-familie. Die eiwitten worden gecodeerd door zogeheten transposonen (ook wel springende genen genoemd). Wat die eiwitten uitvoeren was tot nu toe onbekend.

ωRNA

Zhang en zijn collega’s ontdekten dat het DNA dat voor die eiwitten codeerde vaak in de nabijheid verkeerde van DNA dat codeerde voor wat ZHang c.s. hebben aangeduid met ωRNA. Ze zagen ook dat de IscB-eiwitten het DNA konden doorknippen op een plaats die door dat stuk RNA wordt ‘herkend’, net als het gids-RNA dat Cas9 de weg wijst.

De onderzoekers bekeken ook leden van de TnpB-familie. Dat zouden de ‘voorlopers’ van de Cas12-genschaar (kunnen) zijn. Ook daaronder vonden ze eiwitten die, begeleid door ωRNA, DNA op een bepaalde plaats kunnen doorknippen. Toen de onderzoekers vervolgens eiwitdatabanken raadpleegden vonden ze dat meer dan een miljoen genen een code bevatten voor de aanmaak van TnpB-eiwitten. Sommige (micro)organismen hadden meer dan 100 kopieën van dergelijke genen.

IscB-genen komen niet alleen voor in bacteriën en archaea (een andere klasse eencelligen), maar ook in lichtvangende chloroplasten in algencellen. Algencellen zijn eukaryoten (hebben, net als mensen, cellen met een kern). Het zou voor het eerst zijn dat een genoombewerker in een eukaryoot is aangetroffen. Zhang: “Iedere keer als ik een lezing geef vragen mensen me of we een dergelijke CRISPR-activiteit ook in eukaryoten hebben gevonden. Nu kan ik definitief ‘ja’ zeggen.”
Dergelijke genen zouden in de natuur verschillende functies kunnen hebben, van verdediging (als een soort afweersysteem) tot het regelen van de genactiviteit (expressie). Voor genoombewerkers zou dit kunnen betekenen dat hun gereedschapskist aanzienlijk (zou) kunnen worden uitgebreid, hoewel de preciesheid ervan waarschijnlijk lager is dan van de nu meeste gebruikte knipenzymen als Cas9. Zhang denkt echter dat het IscB-arsenaal zal kunnen worden verbeterd. Voordeel van die eiwitten is dat ze kleiner zijn dan de nogal ‘looiige’ Cas-eiwitten. De omvang van CRISPR-gereedschap kan een probleem zijn om een cel binnen te dringen om het genoom te (kunnen~) bewerken.

Bron: Nature