Pēdējo desmit gadu laikā uz CRISPR balstītā gēnu rediģēšanas tehnoloģija ir strauji attīstījusies, un tā ir veiksmīgi izmantota ģenētisko slimību un vēža ārstēšanā cilvēku klīniskajos pētījumos.Tajā pašā laikā zinātnieki visā pasaulē pastāvīgi izmanto jaunus rīkus ar gēnu rediģēšanas potenciālu, lai atrisinātu esošo gēnu rediģēšanas rīku un izšķirīgo problēmu problēmas.

2021. gada septembrī Džan Fenga komanda publicēja rakstu žurnālā Science [1] un atklāja, ka plašs transposteru klāsts kodē RNS vadītus nukleīnskābju enzīmus un nosauca to par Omega sistēmu (tostarp ISCB, ISRB, TNP8).Pētījumā arī konstatēts, ka Omega sistēma izmanto RNS sadaļu, lai vadītu griešanas DNS dubulto ķēdi, proti, ωRNS.Vēl svarīgāk ir tas, ka šie nukleīnskābju enzīmi ir ļoti mazi, tikai aptuveni 30% no CAS9, kas nozīmē, ka tie, visticamāk, tiks piegādāti šūnām.

2022. gada 12. oktobrī Džan Fenga komanda publicēja žurnālā Nature ar nosaukumu: Omega nikāzes ISRB struktūra kompleksā ar ωrna un mērķa DNS [2].

Pētījumā tālāk tika analizēta ISRB-ωRNS un mērķa DNS kompleksa saldētā elektronu mikroskopa struktūra Omega sistēmā.

ISCB ir CAS9 priekštecis, un ISRB ir tas pats ISCB HNH nukleīnskābju domēna trūkuma objekts, tāpēc izmērs ir mazāks, tikai aptuveni 350 aminoskābes.DNS arī nodrošina pamatu turpmākai attīstībai un inženiertehniskajai transformācijai.

Ar RNS vadīts IsrB ir OMEGA saimes loceklis, ko kodē IS200/IS605 transpozonu virsģimene.No filoģenētiskās analīzes un kopīgiem unikālajiem domēniem IsrB, iespējams, ir IscB priekštecis, kas ir Cas9 priekštecis.

2022. gada maijā Kornela Universitātes Lovely Dragon Laboratory publicēja rakstu žurnālā Science [3], analizējot IscB-ωRNS struktūru un tās DNS griešanas mehānismu.

Salīdzinot ar IscB un Cas9, IsrB trūkst HNH nukleāzes domēna, REC daivas un lielākās daļas ar PAM secību mijiedarbojošo domēnu, tāpēc IsrB ir daudz mazāks nekā Cas9 (tikai aptuveni 350 aminoskābes).Tomēr IsrB mazo izmēru līdzsvaro salīdzinoši liela vadošā RNS (tā omega RNS ir aptuveni 300 nt gara).

Džan Fenga komanda analizēja IsrB (DtIsrB) krioelektronu mikroskopa struktūru no mitra karstuma anaerobās baktērijas Desulfovirgula thermocuniculi un tās ωRNS un mērķa DNS kompleksa.Strukturālā analīze parādīja, ka IsrB proteīna vispārējai struktūrai bija kopīga mugurkaula struktūra ar Cas9 proteīnu.

Bet atšķirība ir tāda, ka Cas9 izmanto REC daivu, lai atvieglotu mērķa atpazīšanu, savukārt IsrB paļaujas uz savu ωRNS, kuras daļa veido sarežģītu trīsdimensiju struktūru, kas darbojas kā REC.

Lai labāk izprastu IsrB un Cas9 strukturālās izmaiņas evolūcijas laikā no RuvC, Zhang Feng komanda salīdzināja RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 un SpCas9 mērķa DNS saistošās struktūras no Thermus thermophilus.

IsrB un tā ωRNS strukturālā analīze precizē, kā IsrB-ωRNS kopīgi atpazīst un šķeļ mērķa DNS, kā arī nodrošina pamatu šīs miniaturizētās nukleāzes tālākai attīstībai un inženierijai.Salīdzinājumi ar citām RNS vadītām sistēmām izceļ funkcionālo mijiedarbību starp proteīniem un RNS, uzlabojot mūsu izpratni par šo dažādo sistēmu bioloģiju un evolūciju.

Saites:

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