Under de senaste tio åren har genredigeringstekniken baserad på CRISPR utvecklats snabbt och har framgångsrikt använts för behandling av genetiska sjukdomar och cancer i kliniska prövningar på människor.Samtidigt utnyttjar forskare runt om i världen ständigt nya nya verktyg med genredigeringspotential för att lösa problemen med befintliga genredigeringsverktyg och avgörande.

I september 2021 publicerade Zhang Fengs team en artikel i tidskriften Science [1] och fann att ett brett spektrum av transposters kodade RNA-styrda nukleinsyraenzymer och kallade det Omega-systemet (inklusive ISCB, ISRB, TNP8).Studien fann också att Omega-systemet använder en del av RNA för att styra den skärande DNA-dubbelkedjan, nämligen ωRNA.Ännu viktigare är att dessa nukleinsyraenzymer är mycket små, bara cirka 30 % av CAS9, vilket betyder att de kan vara mer benägna att levereras till celler.

Den 12 oktober 2022 publicerade Zhang Fengs team i tidskriften Nature med titeln: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Studien analyserade ytterligare den frusna elektronmikroskopstrukturen av ISRB-ωRNA och mål-DNA-komplex i Omega-systemet.

ISCB är förfadern till CAS9, och ISRB är samma föremål för avsaknaden av HNH-nukleinsyradomänen i ISCB, så storleken är mindre, bara cirka 350 aminosyror.DNA utgör också grunden för vidareutveckling och teknisk transformation.

RNA-guided IsrB är en medlem av OMEGA-familjen som kodas av IS200/IS605-superfamiljen av transposoner.Från fylogenetisk analys och delade unika domäner är IsrB sannolikt föregångaren till IscB, som är förfadern till Cas9.

I maj 2022 publicerade Cornell Universitys Lovely Dragon Laboratory en artikel i tidskriften Science [3], som analyserade strukturen av IscB-ωRNA och dess mekanism för att skära DNA.

Jämfört med IscB och Cas9 saknar IsrB HNH-nukleasdomänen, REC-loben och de flesta av de PAM-sekvensinteragerande domänerna, så IsrB är mycket mindre än Cas9 (endast cirka 350 aminosyror).Den lilla storleken på IsrB balanseras dock av ett relativt stort guide-RNA (dess omega-RNA är cirka 300 nt långt).

Zhang Fengs team analyserade kryo-elektronmikroskopstrukturen hos IsrB (DtIsrB) från den fuktiga anaeroba bakterien Desulfovirgula thermocuniculi och dess komplex av ωRNA och mål-DNA.Strukturell analys visade att den övergripande strukturen av IsrB-protein delade en ryggradsstruktur med Cas9-protein.

Men skillnaden är att Cas9 använder REC-loben för att underlätta måligenkänning, medan IsrB förlitar sig på dess ωRNA, varav en del bildar en komplex tredimensionell struktur som fungerar som REC.

För att bättre förstå de strukturella förändringarna av IsrB och Cas9 under utvecklingen från RuvC, jämförde Zhang Fengs team mål-DNA-bindande strukturer av RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 och SpCas9 från Thermus thermophilus.

Den strukturella analysen av IsrB och dess ωRNA klargör hur IsrB-ωRNA gemensamt känner igen och klyver mål-DNA, och ger också en grund för vidareutveckling och ingenjörskonst av detta miniatyriserade nukleas.Jämförelser med andra RNA-styrda system lyfter fram funktionella interaktioner mellan proteiner och RNA, vilket främjar vår förståelse av biologin och utvecklingen av dessa olika system.

Länkar:

1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6856

2.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7220

3.https://www.nature.com/articles/s41586-022-05324-6