Uma revolução na biomedicina está em curso, impulsionada pela aplicação de ferramentas de engenharia genómica, como o procariótico CRISPR-Cas9. Novos sistemas de edição de genoma continuam a ser identificados em diferentes organismos, aumentando a caixa de ferramentas potencial para diversas aplicações terapêuticas. Cientistas do St. Jude Children’s Research Hospital estudaram a jornada evolutiva dos Fanzors, proteínas eucarióticas de edição do genoma. Usando microscopia crioeletrônica (crio-EM), os pesquisadores forneceram insights sobre a divergência estrutural do Fanzor2 de outras nucleases guiadas por RNA, propondo uma estrutura para futuros empreendimentos de engenharia de proteínas. As descobertas foram publicadas hoje em Biologia Estrutural e Molecular da Natureza.
CRISPR-Cas9, a abordagem de edição de genoma que ganhou o Prêmio Nobel de Química em 2020, foi adaptada de um sistema de edição de genoma de ocorrência natural que bactérias usam como mecanismo de defesa. Os sistemas CRISPR-Cas podem ter se originado de transposons, elementos de DNA que se movem de um local genômico para outro. Recentemente, descobriu-se que uma grande e antiga família de proteínas associadas a transposons encontrada em bactérias, chamada TnpB, é um predecessor funcional de múltiplos subtipos CRISPR-Cas9 e -Cas12, fornecendo uma ponte evolutiva entre os dois processos. A família de proteínas Fanzor, composta por Fanzor1 e Fanzor2, são homólogos de TnpB encontrados em eucariotos e vírus eucarióticos.
Elizabeth Kellogg, PhD, Departamento de Biologia Estrutural de St. Jude, estudou a estrutura do Fanzor2 para mapear como esses sistemas evoluíram, oferecendo insights importantes para informar abordagens futuras à tecnologia de engenharia do genoma.
O potencial Fanzor reside na sua relação estrutura-função
“Desde que foi descoberto que os TnpBs também são nucleases guiadas por RNA, assim como o CRISPR-Cas9, ficamos muito interessados na sua diversidade”, explicou Kellogg. “Eles têm uma enorme variedade em termos de arquitetura, formas e RNAs que estão associados a eles. Só agora estamos descobrindo todos os tipos de papéis biológicos para os TnpBs.”
Um fator chave que torna os TnpBs e Fanzors tão interessantes é seu tamanho relativo – eles são significativamente menores do que suas relações Cas9 e Cas12. Em termos de engenharia do genoma, minimizar o tamanho da proteína oferece mais funcionalidade. Através da associação de estruturas crio-EM de Fanzor2 com seu guia de RNA nativo e alvo de DNA, Kellogg reuniu a relação entre estrutura e função em nucleases guiadas por RNA. O trabalho também revelou que o papel do RNA em ajudar a estruturar o sítio ativo do Fanzor2 difere de outras classes, sugerindo que o RNA e a proteína co-evoluíram em um ramo evolutivo separado da família Cas12 de nucleases CRISPR.
“A proteína era mínima, mas a estrutura sugere que há muito mais maleabilidade em termos de como funcionam com seus RNAs”, disse Kellogg. “Isso sugere que poderíamos reduzir ainda mais seu tamanho, mas há muito mais a ser feito para entender isso.”
Kellogg espera que esta estrutura seja a plataforma de lançamento para novas abordagens para a engenharia da próxima geração de nucleases guiadas por RNA. Além disso, considerando a diversidade da família, fica claro que com o conhecimento vem o poder. “A diversidade estrutural destes complexos é algo que não compreendemos de todo”, enfatizou ela. “É aí que considero importante, não apenas para compreender as restrições funcionais que tornam algo uma nuclease guiada por RNA, mas também como você entende esses princípios e os utiliza na engenharia. É nisso que estou interessado.”
Autores e financiamento
Os primeiros autores do estudo são Richard Schargel, Cornell University; e Zuhaib Qayyum e Ajay Singh Tanwar, St. O outro autor do estudo é Ravi Kalathur, St. Jude.
O estudo foi apoiado por doações dos Institutos Nacionais de Saúde (R01GM144566), da Pew Biomedical Foundation, do National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program e da ALSAC, a organização de arrecadação de fundos e conscientização de St.
