За останні десять років технологія редагування генів на основі CRISPR швидко розвивалася та успішно застосовувалася для лікування генетичних захворювань і раку в клінічних випробуваннях на людях.У той же час вчені в усьому світі постійно використовують нові інструменти з потенціалом редагування генів, щоб вирішити проблеми існуючих інструментів редагування генів і рішень.

У вересні 2021 року команда Чжан Фенга опублікувала статтю в журналі Science [1] і виявила, що широкий спектр транспостерів кодує РНК-керовані ферменти нуклеїнової кислоти та назвала її системою Omega (включаючи ISCB, ISRB, TNP8).Дослідження також виявило, що система Omega використовує ділянку РНК для спрямування подвійного ланцюга розрізання ДНК, а саме ωРНК.Що ще важливіше, ці ферменти нуклеїнової кислоти дуже малі, лише близько 30% від CAS9, що означає, що вони, швидше за все, будуть доставлені до клітин.

12 жовтня 2022 року команда Чжан Фена опублікувала в журналі Nature під назвою: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Дослідження додатково проаналізувало заморожену структуру електронного мікроскопа ISRB-ωРНК і цільового комплексу ДНК в системі Omega.

ISCB є предком CAS9, а ISRB є таким же об’єктом, оскільки в ISCB відсутній домен нуклеїнової кислоти HNH, тому розмір менший, лише близько 350 амінокислот.ДНК також забезпечує основу для подальшого розвитку та інженерної трансформації.

РНК-керований IsrB є членом сімейства OMEGA, кодованого суперсімейством транспозонів IS200/IS605.З філогенетичного аналізу та спільних унікальних доменів IsrB, ймовірно, є попередником IscB, який є предком Cas9.

У травні 2022 року лабораторія Lovely Dragon при Корнельському університеті опублікувала статтю в журналі Science [3], в якій аналізується структура IscB-ωРНК і її механізм розрізання ДНК.

Порівняно з IscB і Cas9, IsrB не має домену нуклеази HNH, частки REC і більшості доменів, які взаємодіють з послідовністю PAM, тому IsrB набагато менший за Cas9 (лише близько 350 амінокислот).Однак невеликий розмір IsrB врівноважується відносно великою направляючою РНК (її омега РНК має довжину близько 300 нт).

Команда Чжана Фена проаналізувала кріоелектронну мікроскопічну структуру IsrB (DtIsrB) з анаеробної бактерії Desulfovirgula thermocuniculi, що містить вологе тепло, і її комплекс ωРНК і цільової ДНК.Структурний аналіз показав, що загальна структура білка IsrB має спільну структуру скелета з білком Cas9.

Але різниця полягає в тому, що Cas9 використовує частку REC для полегшення розпізнавання мішені, тоді як IsrB покладається на свою ωРНК, частина якої утворює складну тривимірну структуру, яка діє як REC.

Щоб краще зрозуміти структурні зміни IsrB і Cas9 під час еволюції від RuvC, команда Чжана Фенга порівняла цільові ДНК-зв’язувальні структури RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 і SpCas9 з Thermus thermophilus.

Структурний аналіз IsrB та його ωРНК пояснює, як IsrB-ωRNA спільно розпізнає та розщеплює цільову ДНК, а також забезпечує основу для подальшого розвитку та розробки цієї мініатюрної нуклеази.Порівняння з іншими РНК-керованими системами висвітлює функціональні взаємодії між білками та РНК, покращуючи наше розуміння біології та еволюції цих різноманітних систем.

Посилання:

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