V zadnjih desetih letih se je tehnologija urejanja genov, ki temelji na CRISPR, hitro razvila in je bila uspešno uporabljena za zdravljenje genetskih bolezni in raka v kliničnih preskušanjih na ljudeh.Istočasno znanstveniki po vsem svetu nenehno izkoriščajo nova nova orodja s potencialom za urejanje genov, da bi rešili probleme obstoječih orodij in odločilnih elementov za urejanje genov.

Septembra 2021 je ekipa Zhang Fenga objavila članek v Science journal [1] in ugotovila, da širok nabor transposterjev kodira RNA vodene encime nukleinske kisline in ga poimenovala sistem Omega (vključno z ISCB, ISRB, TNP8).Študija je tudi ugotovila, da sistem Omega uporablja del RNK za vodenje rezanje dvojne verige DNK, in sicer ωRNA.Še pomembneje je, da so ti encimi nukleinske kisline zelo majhni, le približno 30 % CAS9, kar pomeni, da je verjetnost, da bodo dostavljeni celicam, bolj verjetna.

12. oktobra 2022 je ekipa Zhang Fenga objavila v reviji Nature z naslovom: Struktura omega nikaze ISRB v kompleksu z ωrna in ciljno DNA [2].

Študija je nadalje analizirala strukturo zamrznjenega elektronskega mikroskopa ISRB-ωRNA in kompleksa ciljne DNK v sistemu Omega.

ISCB je prednik CAS9, ISRB pa je isti predmet pomanjkanja domene nukleinske kisline HNH ISCB, zato je velikost manjša, le približno 350 aminokislin.DNK zagotavlja tudi osnovo za nadaljnji razvoj in inženirsko preobrazbo.

IsrB, voden z RNA, je član družine OMEGA, ki jo kodira superdružina transpozonov IS200/IS605.Iz filogenetske analize in skupnih edinstvenih domen je IsrB verjetno predhodnik IscB, ki je prednik Cas9.

Maja 2022 je Laboratorij Lovely Dragon Univerze Cornell objavil članek v reviji Science [3], v katerem je analiziral strukturo IscB-ωRNA in njen mehanizem rezanja DNK.

V primerjavi z IscB in Cas9 IsrB nima domene nukleaze HNH, režnja REC in večine domen, ki interagirajo s sekvenco PAM, zato je IsrB veliko manjši od Cas9 (samo približno 350 aminokislin).Vendar je majhnost IsrB uravnotežena z relativno veliko vodilno RNA (njena omega RNA je dolga približno 300 nt).

Ekipa Zhang Fenga je analizirala krioelektronsko mikroskopsko strukturo IsrB (DtIsrB) iz vlažno-toplotne anaerobne bakterije Desulfovirgula thermocuniculi in njenega kompleksa ωRNA in ciljne DNA.Strukturna analiza je pokazala, da ima celotna struktura proteina IsrB skupno strukturo hrbtenice s proteinom Cas9.

Toda razlika je v tem, da Cas9 uporablja reženj REC za olajšanje prepoznavanja tarče, medtem ko se IsrB opira na svojo ωRNA, katere del tvori kompleksno tridimenzionalno strukturo, ki deluje kot REC.

Da bi bolje razumeli strukturne spremembe IsrB in Cas9 med razvojem iz RuvC, je ekipa Zhang Fenga primerjala ciljne DNA-vezavne strukture RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 in SpCas9 iz Thermus thermophilus.

Strukturna analiza IsrB in njegove ωRNA pojasnjuje, kako IsrB-ωRNA skupaj prepozna in cepi tarčno DNK, ter zagotavlja osnovo za nadaljnji razvoj in inženiring te miniaturizirane nukleaze.Primerjave z drugimi sistemi, ki jih vodi RNK, poudarjajo funkcionalne interakcije med proteini in RNK, kar izboljšuje naše razumevanje biologije in evolucije teh raznolikih sistemov.

Povezave:

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