科学家们第一次在精确切割DNA链的过程中捕获了酶的高分辨率三维图像。

使用称为低温电子显微镜或低温电子技术的技术捕获的图像揭示了有关基因编辑工具CRISPR-Cas9如何工作的新信息，这可能有助于研究人员开发出更高效，更精确地运行的版本。改变靶基因。

这项发现 - 今天发表在“自然结构与分子生物学”上- 保证了未来治疗和预防由DNA突变引起的一系列人类疾病，从癌症到囊性纤维化和亨廷顿病。

“能够如此高度详细地了解Cas9究竟是如何切割和编辑DNA链的，这是令人兴奋的，”负责冷冻EM研究的UBC研究员Sriram Subramaniam说。“这些图像为我们提供了宝贵的信息，可以提高基因编辑过程的效率，从而有望在未来更快，更准确地纠正导致疾病的DNA突变。”

CRISPR-Cas9是一种基因编辑工具，其中Cas9酶就像一对能够切割DNA链的分子剪刀。一旦酶在特定位点切割DNA，就可以进行插入和编辑，从而改变DNA序列。

为了更好地理解过程中涉及的事件顺序，Subramaniam及其同事使用低温EM技术对Cas9酶进行成像。这些图像提供了Cas9在DNA切割过程中发生的逐步分子运动的前所未有的一瞥，包括在释放之前仍然附着在酶上的切割DNA的快照。

“阻止使用Cas9开发更好的基因编辑工具的主要障碍之一就是我们没有任何实际切割DNA的图像，”该研究的共同资深作者，伊利诺伊大学研究员Miljan Simonovic说。“但现在我们有了更清晰的图像，我们甚至可以看到酶的主要结构域在反应过程中是如何移动的，这可能是一个重要的修改目标。”

Subramaniam实验室是第一个使用cryo-EM实现蛋白质和蛋白质结合药物分子的原子分辨率成像的实验室。在过去几年中，他们率先使用cryo-EM来显示各种蛋白质，包括代谢酶，脑受体和DNA-蛋白质复合物。

该研究得到了美国国家癌症研究所，国立卫生研究院拨款，UIC临床和转化科学中心以及加入Subramaniam的加拿大卓越研究主席职位的资助。

作为精确癌症药物设计的加拿大卓越研究主席，Subramaniam指导一个实验室，旨在实现癌症，神经科学和传染病的变革性发现。该研究的第一作者Xing Zhu以及共同作者Sagar Chittori是UBC Subramaniam实验室的成员。