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12.9 : Édition d'ARN - Biologie


L'édition d'ARN fait référence à la modification de la séquence d'ARN après la transcription, soit en ajoutant des nucléotides, en les retirant ou en les substituant les uns aux autres. L'étendue de l'édition est dramatique dans certains ARNm, par ex. dans les mitochondries des trypansomes et des Leishmania. Par exemple, pour certains ARNm, 55% de la séquence nucléotidique est ajoutée après transcription ! Dans de nombreux cas caractérisés jusqu'à présent, un petit nombre de U sont insérés à de nombreux endroits dans l'ARNm. D'autres exemples d'excision de U et d'ajout de C sont connus pour d'autres gènes mitochondriaux d'autres organismes.

Dans au moins certains cas, les nucléotides supplémentaires sont ajoutés sous la direction d'ARN guides qui sont codés ailleurs dans le génome mitochondrial. Une partie de l'ARN guide est complémentaire de l'ARNm au voisinage de la position à laquelle les nucléotides seront ajoutés (Figure 3.3.16). Le U à l'extrémité 3' de l'ARN guide initie une série de réactions de transfert de phosphoester pour s'insérer dans l'ARNm (voir en bas de la figure 3.3.16). Plus de U à l'extrémité 3' de l'ARN guide peuvent être ajoutés, un à la fois. Notez la similitude de mécanisme entre ces insertions de nucléotides (édition) et l'auto-épissage de l'intron du groupe I.

Pour une situation dans laquelle un segment d'ADN code pour l'ARNm non édité et deux autres segments d'ADN codent pour les ARN guides nécessaires à l'édition, le « gène » est codé en trois parties, dont les mutations se compléteraient en trans ! C'est un contre-exemple à l'une de nos définitions les plus puissantes d'un gène.

Chez les mammifères, deux formes différentes d'apolipoprotéine B sont produites, l'une dans le foie et l'autre dans l'intestin. La forme intestinale est beaucoup plus courte en raison d'un codon de terminaison plus précoce. Étonnamment, un seul gène est trouvé et il doit coder à la fois de l'ApoB. Une enzyme spécifique doit changer un nucléotide de l'ARNm de l'apolipoprotéine B (un C dans le codon 2153, CAA) post-transcriptionnellement d'un C à un U pour générer le codon de terminaison (UAA) trouvé dans la forme intestinale.

Cette activité enzymatique est présente dans une protéine avec non composant d'ARN apparent, et donc pas d'ARN guide évident. Ainsi, il semble fonctionner par un mécanisme distinctement différent de l'édition dans les mitochondries protistes (voir par exemple Greeve, J. et al., 1991, Nucleic Acids Research 19 : 3569-3576).


Biologie moléculaire

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Résumé

En 1989, trois laboratoires (au Canada, en France et en Allemagne) ont signalé indépendamment et simultanément la découverte de l'édition d'ARN C-à-U dans les mitochondries végétales (1-3). Pour marquer le 20e anniversaire de cette découverte, les dirigeants des trois équipes de recherche ont rédigé des essais personnels décrivant les événements qui ont conduit à la découverte dans chacun de leurs laboratoires. Ces essais sont destinés non seulement à saisir des faits historiques, mais aussi à illustrer une convergence inattendue dans le processus de découverte scientifique, avec différents groupes arrivant à la même conclusion, souvent très proches dans le temps, en s'appuyant sur différents types de preuves et via parfois des hypothèses et approches. Des informations de base essentielles concernant l'édition d'ARN en général et l'édition d'ARN dans les organites végétaux en particulier sont fournies dans cet aperçu. © 2009 IUBMB IUBMB Vie, 61 : 1101–1104, 2009


2. Diversité fonctionnelle et structurelle de l'ARN : la base du développement de l'aptamère

Au cours des dernières années, la prise de conscience de l'importance de l'ARN n'a cessé de croître parmi les chercheurs, en raison de la liste sans cesse croissante de diverses fonctions de l'ARN (revue par Breaker et Joyce) [35]. Il existe un grand nombre de molécules d'ARN non codant (ARNnc) dans les cellules procaryotes et eucaryotes, principalement impliquées dans de nombreux processus biologiques connus, par exemple la transcription, la maturation de l'ARN, la traduction et le contrôle épigénétique de l'expression des gènes. De plus, l'ARN messager (ARNm) fournit l'information génétique du génome à la machinerie de traduction cellulaire. L'ARN ribosomique hautement structuré (ARNr) et l'ARN de transfert (ARNt) jouent un rôle crucial dans la traduction. Le premier est la partie structurale et catalytique du ribosome [36], et le second est la molécule adaptatrice [37]. Les ribozymes synthétiques et natifs présentent une activité enzymatique [38,39,40]. Les petits ARN bactériens (sRNA) [41] les micro ARN (miRNA) [42] et les petits ARN interférents eucaryotes (siRNA) [43] participent à la régulation de l'expression des gènes. Le petit ARN nucléaire (snRNA) est impliqué dans l'épissage des ARNm eucaryotes [44]. Les petits ARN nucléolaires (snoARN) sont impliqués dans la modification chimique (méthylation et pseudouridylation) et la maturation des ARNr eucaryotes [45].

En effet, les aptamères d'ARN se lient sélectivement à diverses cibles et influencent leurs fonctions [46]. Les aptazymes sont des molécules artificielles constituées d'un aptamère et d'un ribozyme, introduites pour la première fois en 1997 [47]. Par conséquent, les aptazymes ont deux motifs structurels principaux, l'un pour la reconnaissance tandis que l'autre est catalytique, en plus d'une région d'espacement afin de contrôler les forces intermoléculaires et les interactions entre les deux motifs. Les riboswitches sont un autre exemple comprenant un motif d'aptamère d'ARN et un motif d'expression. Lors de la liaison du ligand, la partie aptamère des riboswitches induit des changements conformationnels dans l'ensemble de la molécule, entraînant des changements significatifs dans le taux de traduction et l'expression des gènes [48].

La diversité fonctionnelle des molécules d'ARN dévoile l'énorme potentiel pour le développement de nouveaux médicaments à base d'ARN. Les principaux candidats de ces molécules appartiennent aux groupes des aptamères d'ARN, des miARN et des siARN. Ces deux dernières molécules régulent et suppriment la synthèse des protéines, ce qui en fait d'excellents candidats médicaments antinéoplasiques [49,50]. Les aptamères d'ARN, ainsi que les miARN et les siARN, peuvent grandement améliorer l'administration de médicaments aux molécules cibles.

L'un des inconvénients majeurs de l'adoption de l'ARN à des fins thérapeutiques est la courte demi-vie, due à la prévalence des nucléases dans le plasma sanguin. Ce paramètre pharmacocinétique déterminant la distribution et la clairance est d'une importance cruciale pour tout médicament. En effet, les oligonucléotides n'existent pas plus de quelques dizaines de minutes dans le plasma sanguin, rendant de tels candidats médicaments désavantageux. Cependant, ce problème a été résolu en introduisant certaines modifications chimiques aux nucléotides pour protéger le polymère d'ARN de l'effet hydrolysant des nucléases et en améliorant les propriétés pharmacocinétiques tout en maintenant l'activité pharmacodynamique. Une autre solution pour prolonger la demi-vie consiste à utiliser des nanoparticules d'ARN [51,52,53].

Dans le cas de l'utilisation de nucléotides modifiés chimiquement, ils peuvent être ajoutés avant ou après SELEX. Pour la première option, le nucléoside triphosphate peut être utilisé pour la synthèse d'aptamère après avoir introduit l'une des modifications suivantes à la position 2′ du sucre ribose : 2′ amino pyrimidine, 2′ fluoropyrimidine, 2′-O-méthylpyrine, et 2′-O-méthylpyrimidine. Aidé par des ARN polymérases spéciales, par exemple, l'ARN polymérase T7, 2-OLes monomères pyrimidiques -méthylés peuvent être catalysés pour synthétiser des polymères d'ARN [54]. Pour la deuxième option, il convient de noter que l'ajout de tout fragment peut affecter la conformation de l'aptamère et son activité, en conséquence. Pour cette raison, les modifications après SELEX sont normalement effectuées sur les extrémités 5 & 3 & 02032 des nucléotides en ajoutant du polyéthylène glycol (PEG), de la biotine ou des composants lipidiques. Pour stabiliser l'aptamère, une liaison supplémentaire est créée entre l'oxygène 2′ et le carbone 4′ dans la molécule de ribose, formant ce qu'on appelle l'acide nucléique “locké” (LNA) [53,55,56].

En fait, la structure 3-D et la fonction de tout aptamère sont interconnectées. Certains motifs structuraux d'ARN comprennent des jonctions à trois voies ouvertes et empilées [57], des jonctions à quatre voies similaires aux structures Holliday&# x02019s [58], des boucles de baiser, des coudes à 90° [59], des angles de pseudo-torsion [60], et bien d'autres structures. Pratiquement, un nombre illimité de structures différentes peut être conçu à partir des motifs susmentionnés, permettant à l'aptamère de se lier à toutes sortes de cibles.

Pour créer un aptamère et soutenir sa structure, il doit être intégré dans l'échafaudage supramoléculaire d'une molécule d'ARN. L'ARNt Lys humain est l'un des modèles d'échafaudage d'ARN bien étudiés, en plus d'autres ARNt [61]. L'intégration de l'aptamère dans la tige de l'anticodon au sein de l'ARNt favorise un repliement correct. De plus, cette approche a permis la synthèse hétérologue d'aptamères dans les cellules bactériennes, en quantités suffisantes pour mener des expériences biochimiques et de cristallisation [62].

La résistance aux nucléases intracellulaires est considérée comme l'un des critères les plus importants dans le processus de sélection des échafaudages supramoléculaires pour inclure l'aptamère. Le clivage de l'échafaudage ARN peut conduire à la dissociation de l'aptamère et à la perte de son action sur la cible. C'est l'inconvénient des échafaudages à base d'ARNt [63]. Utilisation de l'ARNr 5S de Vibrio protéolytique (V5) en tant qu'échafaudage porteur d'aptamère a également été rapporté, dans lequel le domaine hélicoïdal III et la boucle C ont été remplacés par un aptamère. En conséquence, un aptamère fonctionnel contre le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) a été produit avec succès dans V. protéolyticus (V5) [64].

Les échafaudages les plus courants incluent phi9 3WJ, un motif de jonction à trois voies empilée (3WJ) du bactériophage phi29. Ce motif se compose de trois courts fragments d'ARN (� nucléotides) lors de l'assemblage, la structure globale montre une stabilité thermodynamique élevée. Il a été rapporté que cette structure est stable dans une solution contenant 8 M d'urée et qu'elle ne se dissocie pas à des concentrations plus faibles [65].

La structure ramifiée de Phi29 3WJ est très utile pour insérer différents modules fonctionnels dans chacune des trois hélices. Cet échafaudage facilite le repliement correct d'autres molécules fusionnées dans sa structure. Ainsi, cet échafaudage est capable de transporter différentes molécules, notamment des aptamères, des miARN, des ribozymes et même des ligands qui se lient aux récepteurs cellulaires, chacun pouvant être placé sur une branche distincte de l'échafaudage. Grâce au repliement correct de chaque molécule, leurs fonctions sont maintenues, notamment la liaison cellulaire, la pénétration cellulaire, la suppression de l'expression génique, les fonctions catalytiques et autres [66,67,68].

Néanmoins, dans les cellules de mammifères, ainsi que les aptamères de taille normale, basés sur l'échafaudage Phi29 3WJ, certaines variantes raccourcies des aptamères ont été trouvées. L'une des raisons probables de ce problème est qu'à proximité du terminateur ARN-polymérase III, il existe une séquence UUUGUU, provoquant une interruption prématurée de la transcription. Filonov et al. conçu un échafaudage F30 basé sur Phi29 3WJ après avoir muté la séquence, et l'arrêt prématuré a été interrompu [63].


12.9 : Édition d'ARN - Biologie

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CRISPR/Cascade 9 - Edition du génome par médiation - Défis et opportunités

Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats (CRISPR) et Cascade 9 (également connu sous le nom de Cas9, protéine associée à CRISPR 9) confèrent une protection contre les virus ou les plasmides envahissants. Le système CRISPR/Cascade 9 constitue l'une des technologies génomiques les plus puissantes disponibles aujourd'hui pour les chercheurs. Jusqu'à présent, cette technologie a permis une édition et une modification efficaces du génome dans plusieurs organismes modèles et a été utilisée avec succès en biomédecine et en génie biomédical. Cependant, des défis pour une manipulation génétique efficace et sûre dans plusieurs organismes persistent. Ici, nous passons en revue les approches fonctionnelles et les défis futurs associés à l'utilisation du système d'édition du génome CRISPR/Cascade 9 et discutons des opportunités, des questions éthiques et des orientations futures dans ce domaine.

Mots clés: CRISPR Cascade 9 gène du système guidé par ARN ciblant les effets hors cible de l'édition du génome.

Les figures

Illustration schématique du CRISPR/Cascade…

Illustration schématique du système CRISPR/Cascade 9 et du processus d'édition du génome. (UNE)…

Le principe de fonctionnement de base de…

Le principe de fonctionnement de base de la technologie d'édition de sgRNA. Réparation de cassure double brin (DSB)…

Schéma illustrant la structure sgRNA…

Schéma illustrant la structure sgRNA et le mécanisme de la reconnaissance de la cible. (UNE) Les…

Illustration schématique du principe…

Illustration schématique du principe de génération d'un allèle conditionnel. Un gène…

Vue d'ensemble du potentiel d'ingénierie du génome…

Aperçu des résultats potentiels de l'ingénierie du génome à l'aide de nucléases spécifiques au site. (À gauche) ADN double brin induit par la nucléase…


1986–2000

Les séquences d'ARN peuvent être modifiées dans les cellules

Les précurseurs d'ARN messager d'un large éventail d'organismes peuvent être modifiés avant d'être traduits en protéines. Dans ce processus, des nucléotides non codés peuvent être insérés dans des sites spécifiques de l'ARN, et les nucléotides codés peuvent être retirés ou remplacés. L'édition d'ARN a été découverte pour la première fois dans les mitochondries des protozoaires kinétoplastides, où elle s'est avérée importante. [26] Par exemple, certains gènes codant pour des protéines codent pour moins de 50 % des nucléotides trouvés dans l'ARNm traduit et mature. D'autres événements d'édition d'ARN se trouvent chez les mammifères, les plantes, les bactéries et les virus. Ces derniers événements d'édition impliquent moins de modifications, d'insertions et de suppressions de nucléotides que les événements au sein de l'ADN kinétoplaste, mais ont toujours une importance biologique élevée pour l'expression génique et sa régulation. [27]

La télomérase utilise une matrice d'ARN intégrée pour maintenir les extrémités des chromosomes

La télomérase est une enzyme présente dans tous les noyaux eucaryotes qui sert à maintenir les extrémités de l'ADN linéaire dans les chromosomes linéaires du noyau eucaryote, par l'ajout de séquences terminales qui sont perdues à chaque cycle de réplication de l'ADN. Avant que la télomérase ne soit identifiée, son activité était prédite sur la base d'une compréhension moléculaire de la réplication de l'ADN, ce qui indiquait que les ADN polymérases connues à l'époque ne pouvaient pas répliquer l'extrémité 3' d'un chromosome linéaire, en raison de l'absence d'un brin matrice. . Telomerase was shown to be a ribonucleoprotein enzyme that contains an RNA component that serves as a template strand, and a protein component that has reverse transcriptase activity and adds nucleotides to the chromosome ends using the internal RNA template. [28]

Ribosomal RNA catalyzes peptide bond formation

For years, scientists had worked to identify which protein(s) within the ribosome were responsible for peptidyl transferase function during translation, because the covalent linking of amino acids represents one of the most central chemical reactions in all of biology. Careful biochemical studies showed that extensively-deproteinized large ribosomal subunits could still catalyze peptide bond formation, thereby implying that the sought-after activity might lie within ribosomal RNA rather than ribosomal proteins. Structural biologists, using X-ray crystallography, localized the peptidyl transferase center of the ribosome to a highly-conserved region of the large subunit ribosomal RNA (rRNA) that is located at the place within the ribosome where the amino-acid-bearing ends of tRNA bind, and where no proteins are present. These studies led to the conclusion that the ribosome is a ribozyme. The rRNA sequences that make up the ribosomal active site represent some of the most highly conserved sequences in the biological world. Together, these observations indicate that peptide bond formation catalyzed by RNA was a feature of the last common ancestor of all known forms of life. [29]

Combinatorial selection of RNA molecules enables in vitro evolution

Experimental methods were invented that allowed investigators to use large, diverse populations of RNA molecules to carry out in vitro molecular experiments that utilized powerful selective replication strategies used by geneticists, and which amount to evolution in the test tube. These experiments have been described using different names, the most common of which are "combinatorial selection", "in vitro selection", and SELEX (for Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). These experiments have been used for isolating RNA molecules with a wide range of properties, from binding to particular proteins, to catalyzing particular reactions, to binding low molecular weight organic ligands. They have equal applicability to elucidating interactions and mechanisms that are known properties of naturally-occurring RNA molecules to isolating RNA molecules with biochemical properties that are not known in nature. In developing in vitro selection technology for RNA, laboratory systems for synthesizing complex populations of RNA molecules were established, and used in conjunction with the selection of molecules with user-specified biochemical activities, and in vitro schemes for RNA replication. These steps can be viewed as (a) mutation, (b) selection, and (c) replication. Together, then, these three processes enable in vitro molecular evolution. [30]


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Pheromones protect us from viruses (9)

It may be a form of insanity that prevents theorists, atheists, and Communists from addressing the facts that have been detailed in the context of: Direct Observation of Protonation State Modulation in SARS-CoV-2 Main Protease upon Inhibitor Binding with Neutron Crystallography 3/23/21

…a class of agents called covalent peptidomimetic inhibitors that work by using strings of unnatural amino acids to bind to specific target proteins.

Thirteen miRNAs were identified by four independent studies to target SARS-CoV-2 specific genes, suggested to act by interfering with their cleavage and/or translation process. The studies selected also reported on viral and host miRNAs that targeted host genes, on the expression levels of miRNAs in biological specimens of COVID-19 patients, and on the impact of viral genome mutations on miRNA function. Also, miRNAs that regulate the expression levels of the ACE2 and TMPRSS2 proteins, which are critical for the virus entrance in the host cells, were reported.

They linked God’s Creation of anti-entropic virucidal energy and humidity to biophysically constrained viral latency via pH-dependent microRNA-mediated fixation of amino acid substitutions in the context of the patent for naturally occurring light-activated carbon fixation, which prevents the virus-driven degradation of messenger RNA and mutations that cause all diseases.

5. Repetitive elements or endogenous viral elements can be targeted with engineered Cas+gRNA systems in microbes, plants, animals, or human cells to reduce deleterious transposition or to aid in sequencing or other analytic genomic/transcriptomic/proteomic/diagnostic tools (in which nearly identical copies can be problematic).

This course helps clinicians understand how common viral infections can have long-term consequences carried out by the immune system. You will learn how lytic (actively replicating) and latent (quiescent) viral infections can raise the risk of autoimmune conditions, cancers, myocardial infarctions, and stroke. We will outline how to assess patient risk, and understand the current limitations of laboratory measures. You will understand how to intervene with specific nutrients and bioactives such as pro-resolving mediators, probiotics, and phytochemicals to modulate the immune response. You will learn from case examples what treatment implementation looks like in the real world, including challenges to managing postviral syndromes.

Photosynthesis links the creation of G protein-coupled receptor genes from the innate immune system to nutritional epigenetics and autophagy.

pH-taxis, chemotaxis, thermotaxis and phototaxis link microRNA biogenesis and microRNA flanking sequences from hydrogen energy-dependent changes in the microRNA/messenger RNA balance to autophagy.

Most pseudoscientists, Democrats, liberals, government subsidized academics, Communists, conspiracy theorists and other atheists, have not placed pH-taxis, chemotaxis, thermotaxis and phototaxis into the context of how sunlight and humidity link God’s Creation of energy-as-information to RNA interference across kingdoms. Their ignorance is exemplified in the corruption that former President Donald J. Trump revealed on 4/23/20 when he claimed that sunlight and humidity can weaken the coronavirus.

Where does he think the phytochemicals that modulate the immune response come from?

“…release of internalized miRNAs occurs in a pH-dependent manner…”

Also, God’s energy-dependent, (ATP-dependent) pH-dependent, Creation of RNA interference (#RNAi), which biophysically constrains viral latency, has been visualized.

New findings unveil that a ‘hidden’ layer of regulation by which the intrinsic dynamic ensemble of miRNA processing intermediates can direct the outcome of important biological processes in response to environmental and cellular stimuli in the absence of protein factors.

The so called hidden layer clearly involves the light-activated assembly of the microRNA-RNA-peptide nanocomplex, which links peptide synthesis at the origin of life (11/13/20) to the definition of biophysically constrained energy-dependent life.

Thanks to Guenther Witzany for placing this into the proper context of what life is via “What is Life?” 3/18/20 for comparison to speculation by stupid theorists that chemical metabolism could exist before the Creation of ATP and enzymes.

Do you believe that “Life’s biochemical networks could have formed spontaneously on Earth” (3/3/19) If so, stop reading my blog posts. You are too stupid to understand biologically-based cause and effect.

Stop SARS-CoV-2. Stop cancer. Stop all virus-driven diseases by stopping the stupid theorists. Alternatively, suffer unnecessarily and die prematurely due to ignorance, Communism and atheism.

…we summarize the literature on these master regulators in clinical settings from last three decades…

See my summary in the 10-part series: The eternal significance of microRNAs (4/10/18 until 5/16/18)

The virus-driven degradation of mRNA links the ‘darkhorse’ of cancer to all virus-driven diseases. microRNA biogenesis links the patent for naturally occurring light activated carbon fixation and protonated RNA interference to healthy longevity.

See also the series from 4/8/20 until 5/10/20 The microRNA-mediated future of humanity

…altered microRNA (miRNA) expression, may contribute to racial differences in breast cancer.

The link from microRNA-mediated sex differences in phenotypes extends to ethnic diversity outside the context of pseudoscientific nonsense. Social scientists, mathematicians, and theoretical physicists are not serious serious scientists unless they have linked quantum coherence to coherently organized biology.

…naturally arising cell-to-cell variation, sometimes described as stochastic fluctuation, is in fact coherently organized biology.

If the lives of black women, or the lives of any other men or women mattered to people like this, they would tell the truth and link God’s Creation of energy-as-information from Darwin’s studies of pigeons to ethnic differences in cancer via nutrient-dependent pheromone-controlled genetic processes of reproduction in species of soil bacteria to humans.

To link one biophysically constrained amino acid from Darwin’s “conditions of life” to all biodiversity on Earth via the physiology of reproduction in Biblical Genesis, see: Genomic diversity and evolution of the head crest in the rock pigeon 1/31/13

This identified one gene with genome-wide significance: EphB2, et plus précisément le cr SNP (Pgénome = 2.0×10 −8 ) (Fig. 2C,D). Les cr allele has a predicted charge-changing arginine (basic) to cysteine (polar uncharged) transition in the catalytic loop of the intracellular tyrosine kinase domain of EphB2 (Fig. 2E). This amino acid position is invariant among other vertebrates suggesting strong purifying selection for conserved protein function. Notably, the same DLAARN to DLAACN motif change we observe in EphB2 is sufficient to abrogate kinase activity in human and mouse orthologs of the protein tyrosine kinase ZAP-70, and in both mammals and pigeons the mutant phenotypes are inherited recessively (19). Hence, the pigeon cr mutation probably abrogates kinase activity in EphB2 and disrupts downstream signal propagation, consistent with the high VAAST score for this gene. EphB2 is therefore a convincing candidate for the cr locus of classical pigeon genetics (5–7, 14).


12.9: RNA editing - Biology

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The CRISPR-Cas9 system is a DNA editing tool that stands for, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR associated protein 9.

First observed in bacteria, CRISPR-Cas9 is a means of defense against viruses. As foreign viral DNA enters a bacterium, it's processed into smaller fragments, which may be inserted into a region of the bacterial genome called a CRISPR Locus.

When the region is transcribed, the product associates with smaller RNAs called tracrRNAs which may help to orient both the Cas9 protein and RNAse to the molecule. The latter of which cleaves the transcript.

The end result is several complexes each consisting of a Cas9 protein, tracrRNA and a crRNA derived from DNA in the Locus. The CRISPR RNA in these structures recognizes and guides Cas9 to viral DNA which is then cleaved and destroyed.

Scientists harness CRISPR-Cas9 by synthesizing individual RNA molecules that mimic tracrRNA and CRISPR RNA which can target a gene of interest. For example when two such guide RNAs are introduced into cells with Cas9 and both target the same gene, a sequence can be excised.

Once this target region is removed the cut ends are reconnected and the effects on the cells are observed.

Thus the CRISPR-Cas9 system is modified from a bacterial mechanism. And can be employed for an array of gene editing techniques.

15.12: CRISPR

Genome editing technologies allow scientists to modify an organism&rsquos DNA via the addition, removal, or rearrangement of genetic material at specific genomic locations. These types of techniques could potentially be used to cure genetic disorders such as hemophilia and sickle cell anemia. One popular and widely used DNA-editing research tool that could lead to safe and effective cures for genetic disorders is the CRISPR-Cas9 system. CRISPR-Cas9 stands for Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated protein 9. A basic CRISPR-Cas9 system consists of a Cas9 endonuclease and a small RNA that guides Cas9 to the target DNA.

Origine

CRISPR sequences were first observed in bacteria and later identified in archaea. Researchers discovered that the CRISPR-Cas9 system serves an adaptive immune defense against invading viruses. Many bacteria and most archaea capture short sequences of the viral DNA to create a library of virus DNA segments, or CRISPR arrays. When the prokaryotes are re-exposed to the same virus or class of viruses, CRISPR arrays are used to transcribe small RNA segments that help recognize viral invaders and subsequently destroy viral DNA with Cas9 or a similar endonuclease.

Using CRISPR-Cas9 Technology

CRISPR-Cas9 is commonly used in the laboratory to remove DNA and insert a new DNA sequence in its place. To achieve this, researchers must first create a small fragment of RNA called the guide RNA, with a short sequence called the guide sequence that binds to a specific target sequence on genomic DNA. The guide RNA can also associate with Cas9 (or other endonucleases like Cpf1). The guide RNA and Cas9 protein are administered to a cell of interest where the guide RNA identifies the target DNA sequence and Cas9 cleaves it.

The cell&rsquos machinery then repairs the broken strands by inserting or deleting random nucleotides, rendering the target gene inactive. Alternatively, a customized DNA sequence may be introduced into the cell along with the guide RNA and Cas9, that serves as a template for the repair machinery and replaces the excised sequence. This is a highly effective way for researchers to &ldquoknock out&rdquo a gene to study its effects or replace a mutated gene with a normal copy in hopes of curing a disease.

Ethical and Feasibility Considerations in Humans

As a result of the significant gene modification capabilities of the CRISPR-Cas9 system, there has been great debate over its use, especially in regards to embryo editing. A Chinese scientist recently claimed to have created genome-edited babies using CRISPR technology to disable a gene involved in HIV infection. This led to a global outcry from scientists concerned about the ethical and safety considerations of the procedure. Many have called the move premature, and others have expressed concerns over off-target genomic effects. While the number of possible biotech applications for the CRISPR-Cas9 system is numerous, it is important to consider future challenges that may arise as a result of its use.

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Voir la vidéo: Les différents types de lARN acide ribonucléique (Janvier 2022).