Τα τελευταία δέκα χρόνια, η τεχνολογία επεξεργασίας γονιδίων που βασίζεται στο CRISPR έχει αναπτυχθεί γρήγορα και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στη θεραπεία γενετικών ασθενειών και καρκίνου σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους.Ταυτόχρονα, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο αξιοποιούν συνεχώς νέα νέα εργαλεία με δυνατότητα γονιδιακής επεξεργασίας για να λύσουν τα προβλήματα των υπαρχόντων εργαλείων και αποφασιστικών εργαλείων επεξεργασίας γονιδίων.

Τον Σεπτέμβριο του 2021, η ομάδα του Zhang Feng δημοσίευσε μια εργασία στο περιοδικό Science [1] και διαπίστωσε ότι μια μεγάλη γκάμα transposter κωδικοποιούσε ένζυμα νουκλεϊκών οξέων που καθοδηγούνται από το RNA και το ονόμασαν Ωμέγα σύστημα (συμπεριλαμβανομένων των ISCB, ISRB, TNP8).Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι το σύστημα Ωμέγα χρησιμοποιεί ένα τμήμα RNA για να καθοδηγήσει τη διπλή αλυσίδα του DNA κοπής, δηλαδή το ωρΝΑ.Το πιο σημαντικό, αυτά τα ένζυμα νουκλεϊκών οξέων είναι πολύ μικρά, μόνο περίπου το 30% του CAS9, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να είναι πιο πιθανό να παραδοθούν στα κύτταρα.

Στις 12 Οκτωβρίου 2022, η ομάδα του Zhang Feng δημοσίευσε στο περιοδικό Nature με τίτλο: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Η μελέτη ανέλυσε περαιτέρω τη δομή παγωμένου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου του ISRB-ωρΝΑ και του συμπλέγματος DNA στόχου στο σύστημα Omega.

Το ISCB είναι ο πρόγονος του CAS9 και το ISRB είναι το ίδιο αντικείμενο της έλλειψης του τομέα νουκλεϊκού οξέος HNH του ISCB, επομένως το μέγεθος είναι μικρότερο, μόνο περίπου 350 αμινοξέα.Το DNA παρέχει επίσης τη βάση για περαιτέρω ανάπτυξη και μετασχηματισμό μηχανικής.

Το IsrB που καθοδηγείται από RNA είναι μέλος της οικογένειας OMEGA που κωδικοποιείται από την υπεροικογένεια τρανσποζονίων IS200/IS605.Από τη φυλογενετική ανάλυση και τους κοινόχρηστους μοναδικούς τομείς, το IsrB είναι πιθανό να είναι ο πρόδρομος του IscB, που είναι ο πρόγονος του Cas9.

Τον Μάιο του 2022, το εργαστήριο Lovely Dragon του Πανεπιστημίου Cornell δημοσίευσε μια εργασία στο περιοδικό Science [3], αναλύοντας τη δομή του IscB-ωρΝΑ και τον μηχανισμό κοπής του DNA.

Σε σύγκριση με τα IscB και Cas9, το IsrB στερείται της περιοχής νουκλεάσης HNH, του λοβού REC και των περισσότερων από τις περιοχές αλληλεπίδρασης με την αλληλουχία PAM, επομένως το IsrB είναι πολύ μικρότερο από το Cas9 (μόνο περίπου 350 αμινοξέα).Ωστόσο, το μικρό μέγεθος του IsrB εξισορροπείται από ένα σχετικά μεγάλο RNA οδηγό (το ωμέγα RNA του έχει μήκος περίπου 300 nt).

Η ομάδα του Zhang Feng ανέλυσε τη δομή του κρυοηλεκτρονικού μικροσκοπίου του IsrB (DtIsrB) από το αναερόβιο βακτήριο υγρής θερμότητας Desulfovirgula thermocuniculi και το σύμπλεγμα του ωRNA και του DNA στόχου.Η δομική ανάλυση έδειξε ότι η συνολική δομή της πρωτεΐνης IsrB μοιράζεται μια δομή ραχοκοκαλιάς με την πρωτεΐνη Cas9.

Αλλά η διαφορά είναι ότι το Cas9 χρησιμοποιεί τον λοβό REC για να διευκολύνει την αναγνώριση του στόχου, ενώ το IsrB βασίζεται στο ωRNA του, ένα μέρος του οποίου σχηματίζει μια σύνθετη τρισδιάστατη δομή που λειτουργεί όπως το REC.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τις δομικές αλλαγές των IsrB και Cas9 κατά την εξέλιξη από το RuvC, η ομάδα του Zhang Feng συνέκρινε τις δομές δέσμευσης DNA-στόχων των RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 και SpCas9 από το Thermus thermophilus.

Η δομική ανάλυση του IsrB και του ωρΝΑ του διευκρινίζει πώς το IsrB-ωρΝΑ αναγνωρίζει και διασπά από κοινού το DNA-στόχο και παρέχει επίσης μια βάση για περαιτέρω ανάπτυξη και μηχανική αυτής της μικροσκοπικής νουκλεάσης.Οι συγκρίσεις με άλλα συστήματα καθοδηγούμενα από RNA υπογραμμίζουν τις λειτουργικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών και RNA, προάγοντας την κατανόησή μας για τη βιολογία και την εξέλιξη αυτών των διαφορετικών συστημάτων.

Συνδέσεις:

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