Система геномного редактирования на основе эндонуклеазы Cas9: структурные факторы узнавания целевых ДНК

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-14-00214

НазваниеСистема геномного редактирования на основе эндонуклеазы Cas9: структурные факторы узнавания целевых ДНК

Руководитель Коваль Владимир Васильевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые слова Водородно-дейтериевый обмен, масс-спектрометрия, Cas9, структурная динамика, конформация, молекулярная динамика, мутантные формы, белки, нуклеиновые кислоты

Код ГРНТИ34.15.15 34.15.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Структурные особенности узнавания в надмолекулярных комплексах - извечная и важнейшая проблема структурной молекулярной биологии. Cas9 (CRISPR associated protein 9) — это управляемая при помощи РНК-гидов эндонуклеаза, связанная с адаптивной иммунной системой CRISPR у ряда бактерий, в частности Streptococcus pyogenes. Эндонуклеаза Cas9 выполняет проверку последовательности посредством раскручивания инородной ДНК и определения её комплементарности с двадцатью спаренными основаниями спейсера управляющей РНК. Если субстрат комплементарен управляющей РНК, Cas9 расщепляет чужую ДНК. В этом смысле механизм CRISPR-Cas9 имеет ряд параллелей с механизмом РНК-интерференции у эукариот. В настоящее время в научной литературе наблюдается интенсивный интерес к детальным механизмам и динамическим аспектам функционирования ферментов, взаимодействующих с ДНК (например, Wrenger C., Biomolecules, 2018, Nieto P. Front Mol Biosci. 2018, Blaney, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006; Banerjee, Science, 2006). Прогресс в этой области связан с появлением новых подходов к изучению динамики биополимеров: разработкой современных установок для изучения кинетики ферментативных реакций в миллисекундном диапазоне, позволяющих к тому же работать с небольшими количествами биологических веществ; развитию методов компьютерного моделирования, усовершенствованием микроскопических методов для изучения реакций на одной молекуле (single-molecule experiment) и др. В предлагаемом проекте для изучения структурных основ узнавания в белково-нуклеиновых комплексах будет использована масс-спектрометрия, основанная на водородно-дейтериевом обмене, и биохимический анализ для исследования селективности узнавания. Такой подход позволит исследовать структурно-динамические факторы специфичности и селективности узнавания эндонуклеазой Cas9 целевых последовательностей ДНК в системах геномного редактирования, что актуально для использования системы CRISPR-Cas9 в генной инженерии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жданова П., Бриер С., Ищенко А.А., Грин И.Р., Черноносов А.А., Коваль В.В. Dynamics and conformational changes in human NEIL2 analyzed by 1hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry Frontiers in Cell and Developmental Biology (год публикации - 2021)

2. Жданова П. В., Черноносов А. А., Степанов Г. А., Коваль В. В. Система геномного редактирования на основе эндонуклеазы Cas9: структурные особенности комплекса белок-РНК-ДНК на основе HDX-MS Научная школа-конференция для молодых ученых "Bio-Top 2020: актуальные вопросы современной биологии", Сборник тезисов "Bio-Top 2020: актуальные вопросы современной биологии", стр. 55 (год публикации - 2020)

3. Полина В. Жданова, Александр А. Ищенко, Александр А. Черноносов, Дмитрий О. Жарков, Владимир В. Коваль Dynamics and Conformational Changes in Human NEIL2 DNA Glycosylase Analyzed by Hydrogen/Deuterium Exchange Mass Spectrometry Journal of Molecular Biology, Volume 434, Issue 2, 167334 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jmb.2021.167334

4. Полина В. Жданова, Александр А. Ищенко, Александр А. Черноносов, Дмитрий О. Жарков, Владимир В. Коваль Dataset of Dynamics and Conformational Changes in Human NEIL2 Analyzed by integrative structural biology approach Data in Brief (год публикации - 2022)

5. Черноносов А.А., Жданова П.В., Степанов Г.А., Ломзов А.А., Коваль В.В. Взаимодействие белка Cas9 с нуклеиновыми кислотами: структурные особенности III объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов. Научные труды., Том 2. Страница 106 (год публикации - 2021)

6. Жданова П.В., Черноносов А.А., Степанов Г.А., Коваль В.В. Структурные особенности узнавания субстрата белком Cas9 III объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов. Научные труды., Volume 11, Issue S1, Page 234 (год публикации - 2021)

7. Черноносов А.А., Жданова П.В., Степанов Г.А., Коваль В.В. Structural features of Cas9 protein complex with RNA-DNA duplex based on the HDX-MS technique FEBS Open Bio, Volume 11, Issue S1, Page 234 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

8. Жданова П.В., Бриер С., Черноносов А.А., Коваль В.В. Human NEIL2 protein structure obtained with combination of computer modeling approaches and HDX-MS technique FEBS Open Bio, Volume 11, Issue S1, Page 235 (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

9. Александр Черноносов, Полина Жданова, Григорий Степанов, Владимир Коваль Study of the Cas9:sgRNA complex interaction with target DNA by HDX MS IMSC 2022 Abstract book, IMSC 2022 Abstract book, p. 1014 (год публикации - 2022)

10. Жданова П., Канажевская Л., Черноносов А., Коваль В. Structural features of Cas9 protein and its complex with sgRNA based on HDX-MS technique 3rd International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry, Abstract book, 3rd International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry, Abstract book, p. 104 (год публикации - 2022)

11. Черноносов А., Жданова П., Степанов Г., Коваль В. Dynamics of the Cas9:sgRNA complex interaction with target DNA by hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry 3rd International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry, Abstract book, 3rd International Conference on Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry, Abstract book, p. 102 (год публикации - 2022)

12. Полина В. Жданова, Александр А. Ломзов, Дарья В. Прохорова, Григорий А. Степанов, Александр А. Черноносов и Владимир В. Коваль Thermodynamic Swings: How Ideal Complex of Cas9—RNA/DNA Forms International Journal of Molecular Sciences, 23(16), 8891 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23168891

13. Полина В. Жданова, Александр А. Черноносов, Дарья В. Прохорова, Григорий А. Степанов, Любовь Ю. Канажевская и Владимир В. Коваль Probing the Dynamics of Streptococcus pyogenes Cas9 Endonuclease Bound to the sgRNA Complex Using Hydrogen-Deuterium Exchange Mass Spectrometry International Journal of Molecular Sciences, 23(3), 1129 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23031129

14. Жданова П.В. Черноносов А.А., Ломзов А.А., Коваль В.В Термодинамические параметры формирования комплексов эндонуклеазой Cas9 с нуклеиновыми кислотами Материалы всероссийской конференции «Синтетическая биология и биофармацевтика», Материалы всероссийской конференции «Синтетическая биология и биофармацевтика», стр. 102 (год публикации - 2022)

15. Баранова С.В., Черноносов А.А., Коваль В.В Сайт-специфический гидролиз ДНК белком Cas9 системы CRISPR/Cas, как потенциал программированного редактирования генома Материалы всероссийской конференции «Синтетическая биология и биофармацевтика», Материалы всероссийской конференции «Синтетическая биология и биофармацевтика», стр. 153 (год публикации - 2022)

16. Баранова, С.В.; Жданова, П.В.; Ломзов, А.А.; Коваль В.В.; Черноносов, А.А. Structure- and Content-Dependent Efficiency of Cas9-Assisted DNA Cleavage in Genome-Editing Systems International Journal of Molecular Sciences, 2022; 23(22):13889 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232213889

Публикации