How CRISPR-Cas endonucleases cut specific regions of the Genome?

El próximo 13 de julio a las 13:00 horas, tendrá lugar la conferencia organizada por el Departamento de Biología Molecular y la Facultad de Medicina de la Universidad de Cantabria, impartida por el Dr. Guillermo Montoya que hablará sobre los mecanismos de reconocimiento y corte del ADN de las nuevas endonucleasas de clase 2 tipo V del sistema CRISPR-Cas9 para un editado real del genoma.

Guillermo Montoya es Profesor de la Universidad de Copenhague (UCPH) y Director de Investigación del Programa de Estructura y Función de las Proteínas en el Centro de Investigación de Proteínas de la Fundación Novo Nordisk (http://www.cpr.ku.dk/). El profesor Montoya es también el presidente de ISBUC, Grupo de Biología Estructural Integrativa de la Universidad de Copenhague que se ha establecido para crear condiciones óptimas para la colaboración y el intercambio de tecnologías y equipos y para responder a las condiciones cambiantes de la biología estructural. (http://isbuc.ku.dk/).

En los últimos años, sus principales investigaciones se han centrado en el análisis estructural de complejos macromoleculares del ciclo celular como el complejo chaperonina CCT de mamíferos y el complejo CMG, donde utiliza la combinación de cristalografía de rayos X y microscopía electrónica para obtener información sobre sus mecanismos de funcionamiento. El Dr. Montoya también está realizando sistemáticamente el análisis estructura-función de las endonucleasas, que son de gran interés debido a sus posibles aplicaciones en terapia génica.

Guillermo Montoya es miembro de los paneles internacionales de evaluación de proyectos y también revisa proyectos para agencias financiadoras europeas (ERC, UE, SNF, DFG, NOW, MINECO, Welcome Trust) y es editor asociado y revisor ad hoc para revistas de alto perfil científico. Además, su Grupo de investigación ha sido el receptor de becarios postdoctorales Marie Curie, EMBO y HFSP. Ha recibido el Premio Nacional de la Fundación Mutua Madrileña (2009) y el V Premio Ciencias de la Salud de la Caja Rural de Granada-Ministerio de Sanidad (2009) por su trabajo en el rediseño de enzimas de edición de genomas.

Resumen de la sesión: “Biology of Genome Editing: How CRISPR-Cas endonucleases cut specific regions of the Genome?”

Cpf1 es una única endonucleasa guiada por ARN de clase 2 tipo V CRISPR-Cas sistema, emergentes como una potente herramienta de edición del genoma. Para proporcionar una idea de su mecanismo de orientación de ADN, han determinado la estructura cristalina de Francisella novicida Cpf1 (FnCpf1) en complejo con el lazo R de triple hebra formado después de la segmentación de ADN diana. La estructura revela una maquinaria única para el desenrollamiento del ADN diana para formar un híbrido CRRNA-DNA y una hebra de ADN desplazada dentro de FnCpf1.

El Motivo Adyacente de Protoespaciador (PAM) es reconocido por el dominio de interacción PAM (PI). En este dominio, los K667, K671 y K677 conservados están dispuestos de manera dentada en un motivo de bucle-hilo de hélice-lisina (LKL). La hélice se inserta en un ángulo de 45º con respecto al eje longitudinal del dsDNA. La descompresión del dsDNA en una hendidura dispuesta por residuos ácidos e hidrófobos facilita la hibridación de la hebra de ADN diana con crRNA. K667 inicia el desenrollado empujando lejos la guanina después de la secuencia PAM del dsDNA.

Las mutaciones en residuos clave revelan un mecanismo novedoso para determinar la longitud del producto de ADN, enlazando así los sitios de Nuclease de PAM y ADN. Su estudio revela un modelo de trabajo singular de la escisión de ADN guiada por ARN por Cpf1, abriendo nuevas vías para la ingeniería de este sistema de modificación del genoma.

Cinco Papers clave:

Stella, S., Alcón, P., & Montoya, G. (2017). Structure of the Cpf1 endonuclease R-loop complex after target DNA cleavage. Nature. doi: 10.1038/nature22398.
Molina, R., Stella, S., Redondo, P., Gomez, H., Marcaida, M. J., Orozco, M., ... & Montoya, G. (2015). Visualizing phosphodiester-bond hydrolysis by an endonuclease. Nature structural & molecular biology, 22(1), 65-72. doi: 10.1038/nsmb.2932.
Mortuza, G. B., Cavazza, T., Garcia-Mayoral, M. F., Hermida, D., Peset, I., Pedrero, J. G., ... & Pedersen, J. S. (2014). XTACC3–XMAP215 association reveals an asymmetric interaction promoting microtubule elongation. Nature communications, 5. DOI: 10.1038/ncomms6072.
Muñoz, I. G., Yébenes, H., Zhou, M., Mesa, P., Serna, M., Park, A. Y., ... & Robinson, C. V. (2011). Crystal structure of the open conformation of the mammalian chaperonin CCT in complex with tubulin. Nature structural & molecular biology, 18(1), 14-19.
Redondo, P., Prieto, J., Munoz, I. G., Alibés, A., Stricher, F., Serrano, L., ... & Duchateau, P. (2008). Molecular basis of xeroderma pigmentosum group C DNA recognition by engineered meganucleases. Nature, 456(7218), 107-111.