Diseño de nucleasas mínimas guiadas por ARN basado en estructura y evolución

Área de la Ciencia:

• Ingeniería de proteínas
• Biología sintética
• Genómica

Sus antecedentes:

• El diseño de nucleasas guiadas por ARN novedosas con propiedades mejoradas es crucial para avanzar en la edición genómica programable.
• La generación de proteínas multimodulares diversas y enzimáticamente robustas presenta un desafío significativo en la ingeniería de proteínas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia impulsada por IA para diseñar variantes activas y divergentes de TnpB, una nucleasa mínima similar a CRISPR-Cas12.
• Ampliar las capacidades de la edición genómica programable creando nucleasas con propiedades no limitadas por la evolución natural.

Principales métodos:

• Se empleó una estrategia de inteligencia artificial que combina el plegamiento de proteínas inverso guiado por estructura y restricciones de residuos informadas por la evolución.
• Se generó y evaluó funcionalmente una biblioteca de variantes de TnpB diseñadas por IA utilizando métodos de alto rendimiento.
• Se determinó la estructura de una variante de alta actividad mediante crio-microscopía electrónica (Cryo-EM).

Principales resultados:

• Las variantes generadas por IA de TnpB demostraron una actividad nucleasa retenida o mejorada en comparación con el tipo salvaje en células bacterianas, vegetales y humanas.
• La variante activa más divergente exhibió nuevos contactos estabilizadores en las interfaces de ARN/ADN en diferentes estados conformacionales.
• El análisis de crio-EM reveló información sobre la base estructural de la actividad y estabilidad mejoradas.

Conclusiones:

• El estudio establece una estrategia poderosa para diseñar nucleasas guiadas por ARN no naturales con propiedades personalizadas.
• Este enfoque impulsado por IA amplía significativamente el espacio de proteínas diseñables para aglutinantes de ácidos nucleicos y herramientas de edición.
• Los hallazgos demuestran el potencial de crear herramientas biológicas novedosas más allá de las restricciones evolutivas naturales.