张锋团队揭示新型基因编辑工具的结构和作用机制

2021年，美国博德研究所张锋团队确定了一类新的RNA引导基因编辑系统，将之称为OMEGA，并认为Cas9是从IscB蛋白进化而来，但IscB的功能及其与RNA的相互作用尚不明确。近期，该团队利用低温电子显微镜揭示了脱硫弧菌IsrB（Desulfovirgula thermocuniculi IsrB，DtIsrB）与其同源ωRNA和靶DNA复合体结构。研究成果发表在2022年10月12日《自然》期刊，其中IsrB的DNA靶向和粘附机制见下图。

RNA引导的基因编辑系统，如CRISPR-Cas，将可编程底物识别与酶功能相结合，这种组合作为一种分子技术已得到有效应用。这些系统的结构研究阐明了RNA和蛋白质如何共同识别和切割其底物，还可以进一步指导合理的工程技术开发。OMEGA系统包括IscB和缺少HNH核酸酶结构域的IscB同源物——IsrB内切酶。IsrB可能是IscB的前身，是另一个OMEGA家族成员，仅由大约350个氨基酸组成，但其较小的体积与相对较大的ωRNA（大约300nt）引导相匹配。研究团队发现，IsrB蛋白的整体结构与Cas9具有共同骨架。然而，与使用识别部分（REC）来促进目标选择的Cas9相比，IsrB依赖于ωRNA，其中一部分形成类似于REC的复杂三元结构。IsrB及其ωRNA的结构分析以及与其他RNA引导系统的比较突出了蛋白质和RNA之间的功能互作，促进了人类对这些不同系统的生物学和进化的理解。未来对IsrB在其他构象中的结构研究将进一步加深人类对OMEGA这类新的可编程基因编辑系统的机制认识。