За последние десять лет технология редактирования генов, основанная на CRISPR, быстро развивалась и успешно применялась для лечения генетических заболеваний и рака в клинических испытаниях на людях.В то же время ученые во всем мире постоянно используют новые новые инструменты с потенциалом редактирования генов, чтобы решить проблемы существующих инструментов редактирования генов и решающих факторов.

В сентябре 2021 года команда Чжан Фэна опубликовала статью в журнале Science [1] и обнаружила, что широкий спектр транспостеров кодирует ферменты нуклеиновых кислот, управляемые РНК, и назвал их системой Омега (включая ISCB, ISRB, TNP8).Исследование также показало, что система Омега использует участок РНК для управления двойной цепью разрезания ДНК, а именно ωРНК.Что еще более важно, эти ферменты нуклеиновых кислот очень малы, всего около 30% от CAS9, а это означает, что они с большей вероятностью могут быть доставлены в клетки.

12 октября 2022 года команда Чжан Фэна опубликовала в журнале Nature статью под названием «Структура ISRB омега-никазы в комплексе с ωrna и ДНК-мишенью» [2].

Далее в исследовании была проанализирована замороженная под электронным микроскопом структура комплекса ISRB-ωRNA и ДНК-мишени в системе Omega.

ISCB является предком CAS9, а ISRB является тем же объектом отсутствия домена нуклеиновой кислоты HNH ISCB, поэтому размер меньше, всего около 350 аминокислот.ДНК также обеспечивает основу для дальнейшего развития и инженерных преобразований.

РНК-управляемый IsrB является членом семейства OMEGA, кодируемого суперсемейством транспозонов IS200/IS605.Согласно филогенетическому анализу и общим уникальным доменам, IsrB, вероятно, является предшественником IscB, который является предком Cas9.

В мае 2022 года Лаборатория Lovely Dragon Корнельского университета опубликовала в журнале Science статью [3], в которой анализируется структура IscB-ωРНК и ее механизм разрезания ДНК.

По сравнению с IscB и Cas9, в IsrB отсутствует нуклеазный домен HNH, доля REC и большинство доменов, взаимодействующих с последовательностью PAM, поэтому IsrB намного меньше, чем Cas9 (всего около 350 аминокислот).Однако небольшой размер IsrB уравновешивается относительно большой направляющей РНК (его длина омега-РНК составляет около 300 н.).

Команда Чжан Фэна проанализировала структуру IsrB (DtIsrB) из влажно-тепловой анаэробной бактерии Desulfovirgula thermocuniculi и ее комплекса ωРНК и ДНК-мишени с помощью криоэлектронного микроскопа.Структурный анализ показал, что общая структура белка IsrB имеет общую структуру с белком Cas9.

Но разница в том, что Cas9 использует долю REC для облегчения распознавания мишени, тогда как IsrB полагается на свою ωRNA, часть которой образует сложную трехмерную структуру, действующую как REC.

Чтобы лучше понять структурные изменения IsrB и Cas9 во время эволюции от RuvC, команда Чжан Фенга сравнила целевые ДНК-связывающие структуры RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 и SpCas9 от Thermus thermophilus.

Структурный анализ IsrB и его ωРНК проясняет, как IsrB-ωРНК совместно распознает и расщепляет ДНК-мишень, а также обеспечивает основу для дальнейшей разработки и конструирования этой миниатюризированной нуклеазы.Сравнение с другими системами, управляемыми РНК, подчеркивает функциональные взаимодействия между белками и РНК, улучшая наше понимание биологии и эволюции этих разнообразных систем.

Ссылки:

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