Az elmúlt tíz évben a CRISPR-en alapuló génszerkesztési technológia gyorsan fejlődött, és sikeresen alkalmazták a genetikai betegségek és a rák kezelésében humán klinikai vizsgálatokban.Ugyanakkor a tudósok szerte a világon folyamatosan új, génszerkesztési potenciállal rendelkező eszközöket csapnak be, hogy megoldják a meglévő génszerkesztő eszközök és döntőek problémáit.

2021 szeptemberében Zhang Feng csapata publikált egy tanulmányt a Science folyóiratban [1], és megállapította, hogy a transzposzterek széles köre RNS által irányított nukleinsav enzimeket kódol, és Omega-rendszernek nevezte el (köztük ISCB, ISRB, TNP8).A tanulmány azt is megállapította, hogy az Omega rendszer egy RNS-szakaszt használ a vágó DNS kettős láncának irányítására, nevezetesen az ωRNS-t.Ennél is fontosabb, hogy ezek a nukleinsav enzimek nagyon kicsik, csak a CAS9 körülbelül 30%-át teszik ki, ami azt jelenti, hogy nagyobb valószínűséggel jutnak el a sejtekhez.

2022. október 12-én Zhang Feng csapata a Nature folyóiratban publikálta: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2] címmel.

A tanulmány tovább elemezte az ISRB-ωRNS és a cél DNS komplex fagyasztott elektronmikroszkópos szerkezetét az Omega rendszerben.

Az ISCB a CAS9 őse, az ISRB pedig az ISCB HNH nukleinsav doménjének hiányának ugyanaz a tárgya, így a mérete kisebb, csak körülbelül 350 aminosav.A DNS a további fejlesztés és mérnöki átalakítás alapjait is biztosítja.

Az RNS-vezérelt IsrB az OMEGA család tagja, amelyet az IS200/IS605 transzpozonok szupercsaládja kódol.A filogenetikai elemzés és a megosztott egyedi tartományok alapján az IsrB valószínűleg az IscB előfutára, amely a Cas9 őse.

2022 májusában a Cornell Egyetem Lovely Dragon Laboratory publikált egy tanulmányt a Science folyóiratban [3], amelyben elemezte az IscB-ωRNS szerkezetét és DNS-hasítási mechanizmusát.

Az IscB-hez és a Cas9-hez képest az IsrB-ből hiányzik a HNH nukleáz domén, a REC lebeny és a legtöbb PAM szekvenciával kölcsönható domén, így az IsrB sokkal kisebb, mint a Cas9 (csak körülbelül 350 aminosav).Az IsrB kis méretét azonban egy viszonylag nagy vezető RNS ellensúlyozza (omega RNS-e körülbelül 300 nt hosszú).

Zhang Feng csapata az IsrB (DtIsrB) krioelektronmikroszkópos szerkezetét elemezte a nedves hő hatására fellépő anaerob Desulfovirgula thermocuniculi baktériumból, valamint annak ωRNS-ből és cél-DNS-ből álló komplexéből.A szerkezeti elemzés azt mutatta, hogy az IsrB fehérje általános szerkezete a Cas9 fehérjével megegyező vázszerkezettel rendelkezik.

A különbség azonban az, hogy a Cas9 a REC lebenyét használja a célfelismerés megkönnyítésére, míg az IsrB az ωRNS-ére támaszkodik, amelynek egy része egy összetett háromdimenziós szerkezetet alkot, amely úgy működik, mint a REC.

Annak érdekében, hogy jobban megértsük az IsrB és Cas9 szerkezeti változásait a RuvC-ből való evolúció során, Zhang Feng csapata összehasonlította a Thermus thermophilusból származó RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 és SpCas9 cél DNS-kötő struktúráit.

Az IsrB és ωRNS-ének szerkezeti elemzése tisztázza, hogy az IsrB-ωRNS hogyan ismeri fel és hasítja el közösen a cél-DNS-t, és alapot ad e miniatürizált nukleáz további fejlesztéséhez és tervezéséhez.Más RNS-vezérelt rendszerekkel való összehasonlítás rávilágít a fehérjék és az RNS-ek közötti funkcionális kölcsönhatásokra, elősegítve e sokféle rendszerek biológiájának és evolúciójának megértését.

Linkek:

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