Dalam sepuluh tahun yang lalu, teknologi penyuntingan gen berdasarkan CRISPR telah berkembang pesat, dan telah berjaya digunakan untuk rawatan penyakit genetik dan kanser dalam ujian klinikal manusia.Pada masa yang sama, saintis di seluruh dunia sentiasa menggunakan alat baharu baharu dengan potensi penyuntingan gen untuk menyelesaikan masalah alat penyunting gen sedia ada dan penentu.

Pada September 2021, pasukan Zhang Feng menerbitkan kertas kerja dalam jurnal Sains [1], dan mendapati bahawa pelbagai transposter mengekodkan enzim asid nukleik berpandukan RNA dan menamakannya sistem Omega (termasuk ISCB, ISRB, TNP8).Kajian juga mendapati sistem Omega menggunakan bahagian RNA untuk membimbing pemotongan rantai dwi DNA, iaitu ωRNA.Lebih penting lagi, enzim asid nukleik ini sangat kecil, hanya kira-kira 30% daripada CAS9, yang bermaksud bahawa mereka mungkin lebih berkemungkinan dihantar ke sel.

Pada 12 Oktober 2022, pasukan Zhang Feng menerbitkan dalam jurnal Nature bertajuk: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Kajian selanjutnya menganalisis struktur mikroskop elektron beku ISRB-ωRNA dan kompleks DNA sasaran dalam sistem Omega.

ISCB ialah nenek moyang CAS9, dan ISRB adalah objek yang sama dengan kekurangan domain asid nukleik HNH ISCB, jadi saiznya lebih kecil, hanya kira-kira 350 asid amino.DNA juga menyediakan asas untuk pembangunan selanjutnya dan transformasi kejuruteraan.

IsrB berpandukan RNA ialah ahli keluarga OMEGA yang dikodkan oleh superfamili transposon IS200/IS605.Daripada analisis filogenetik dan berkongsi domain unik, IsrB berkemungkinan menjadi pendahulu IscB, yang merupakan nenek moyang Cas9.

Pada Mei 2022, Lovely Dragon Laboratory Cornell University menerbitkan makalah dalam jurnal Science [3], menganalisis struktur IscB-ωRNA dan mekanisme pemotongan DNA.

Berbanding dengan IscB dan Cas9, IsrB tidak mempunyai domain nuklease HNH, lobus REC, dan kebanyakan domain berinteraksi urutan PAM, jadi IsrB jauh lebih kecil daripada Cas9 (hanya kira-kira 350 asid amino).Walau bagaimanapun, saiz kecil IsrB diimbangi oleh RNA panduan yang agak besar (RNA omeganya adalah kira-kira 300 nt panjang).

Pasukan Zhang Feng menganalisis struktur mikroskop cryo-elektron IsrB (DtIsrB) daripada bakteria anaerobik panas-lembap Desulfovirgula thermocuniculi dan kompleks ωRNA dan DNA sasarannya.Analisis struktur menunjukkan bahawa struktur keseluruhan protein IsrB berkongsi struktur tulang belakang dengan protein Cas9.

Tetapi perbezaannya ialah Cas9 menggunakan lobus REC untuk memudahkan pengecaman sasaran, manakala IsrB bergantung pada ωRNAnya, sebahagian daripadanya membentuk struktur tiga dimensi kompleks yang bertindak seperti REC.

Untuk lebih memahami perubahan struktur IsrB dan Cas9 semasa evolusi daripada RuvC, pasukan Zhang Feng membandingkan struktur pengikat DNA sasaran RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 dan SpCas9 daripada Thermus thermophilus .

Analisis struktur IsrB dan ωRNAnya menjelaskan cara IsrB-ωRNA bersama-sama mengenali dan membelah DNA sasaran, dan juga menyediakan asas untuk pembangunan dan kejuruteraan selanjutnya nuklease kecil ini.Perbandingan dengan sistem berpandukan RNA lain menyerlahkan interaksi berfungsi antara protein dan RNA, memajukan pemahaman kita tentang biologi dan evolusi sistem yang pelbagai ini.

Pautan:

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