I løpet av de siste ti årene har genredigeringsteknologien basert på CRISPR utviklet seg raskt, og har vært vellykket brukt til behandling av genetiske sykdommer og kreft i kliniske studier på mennesker.Samtidig benytter forskere over hele verden stadig nye nye verktøy med genredigeringspotensial for å løse problemene med eksisterende genredigeringsverktøy og avgjørende.

I september 2021 publiserte teamet til Zhang Feng en artikkel i tidsskriftet Science [1], og fant ut at et bredt spekter av transpostere kodet RNA-styrte nukleinsyreenzymer og kalte det Omega-systemet (inkludert ISCB, ISRB, TNP8).Studien fant også at Omega-systemet bruker en del av RNA for å lede den skjærende DNA-dobbeltkjeden, nemlig ωRNA.Enda viktigere er at disse nukleinsyreenzymene er svært små, bare omtrent 30 % av CAS9, noe som betyr at det kan være større sannsynlighet for at de blir levert til celler.

12. oktober 2022 publiserte Zhang Fengs team i Nature-tidsskriftet med tittelen: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Studien analyserte videre den frosne elektronmikroskopstrukturen til ISRB-ωRNA og mål-DNA-komplekset i Omega-systemet.

ISCB er stamfaren til CAS9, og ISRB er det samme objektet av mangelen på HNH-nukleinsyredomenet til ISCB, så størrelsen er mindre, bare rundt 350 aminosyrer.DNA gir også grunnlaget for videre utvikling og ingeniørtransformasjon.

RNA-veiledet IsrB er et medlem av OMEGA-familien kodet av IS200/IS605-superfamilien av transposoner.Fra fylogenetisk analyse og delte unike domener, er IsrB sannsynligvis forløperen til IscB, som er stamfaren til Cas9.

I mai 2022 publiserte Cornell Universitys Lovely Dragon Laboratory en artikkel i tidsskriftet Science [3], som analyserte strukturen til IscB-ωRNA og dens mekanisme for å kutte DNA.

Sammenlignet med IscB og Cas9 mangler IsrB HNH-nukleasedomenet, REC-loben og de fleste av de PAM-sekvensinteragerende domenene, så IsrB er mye mindre enn Cas9 (bare ca. 350 aminosyrer).Imidlertid balanseres den lille størrelsen på IsrB av et relativt stort guide-RNA (dets omega-RNA er omtrent 300 nt langt).

Zhang Fengs team analyserte kryo-elektronmikroskopstrukturen til IsrB (DtIsrB) fra den fuktig-varme anaerobe bakterien Desulfovirgula thermocuniculi og dens kompleks av ωRNA og mål-DNA.Strukturell analyse viste at den generelle strukturen til IsrB-protein delte en ryggradsstruktur med Cas9-protein.

Men forskjellen er at Cas9 bruker REC-loben for å lette målgjenkjenning, mens IsrB er avhengig av sitt ωRNA, hvorav en del danner en kompleks tredimensjonal struktur som fungerer som REC.

For bedre å forstå de strukturelle endringene til IsrB og Cas9 under utviklingen fra RuvC, sammenlignet Zhang Fengs team de mål-DNA-bindende strukturene til RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 og SpCas9 fra Thermus thermophilus.

Strukturanalysen av IsrB og dets ωRNA klargjør hvordan IsrB-ωRNA i fellesskap gjenkjenner og spalter mål-DNA, og gir også grunnlag for videreutvikling og engineering av denne miniatyriserte nukleasen.Sammenligninger med andre RNA-styrte systemer fremhever funksjonelle interaksjoner mellom proteiner og RNA, og fremmer vår forståelse av biologien og evolusjonen til disse forskjellige systemene.

Linker:

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