基因編輯是生物學領(lǐng)域的最新突破之一。廣為人知的CRISPR-Cas基因編輯系統(tǒng)為原核生物(缺乏細胞核的生物)提供了對抗外源DNA的免疫力。自從發(fā)現(xiàn)CRISPR基因編輯技術(shù)以來，科學家們揭示了CRISPR- cas蛋白質(zhì)從其前體進化而來的過程。這些知識將幫助他們開發(fā)其他用于基因治療的小型新型基因組編輯工具。

在東京大學，Osamu Nureki教授的團隊致力于識別參與基因組編輯的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。在該團隊最近的一項研究中，他們發(fā)現(xiàn)了一種名為TnpB的蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)，TnpB可能是CRISPR-Cas12酶的前體。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

先前的研究表明，TnpB蛋白可能像一把分子剪刀，在一種叫做ωRNA的特殊非編碼RNA的幫助下切割DNA。但RNA引導的DNA切割是如何工作的，以及它與Cas12酶的進化關(guān)系尚不清楚，這促使Nureki實驗室進行了研究。他們理解的第一步也是最關(guān)鍵的一步是揭示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

為了確定TnpB的三維結(jié)構(gòu)，研究人員從一種叫做Deinococcus radiodurans的細菌中提取了TnpB蛋白質(zhì)，并使用了冷凍電子顯微鏡。在冷凍電子顯微鏡技術(shù)中，使用液氮將蛋白質(zhì)樣本冷卻到-196°C，并用電子束照射，揭示了蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)。

研究小組發(fā)現(xiàn)TnpB中的ωRNA具有獨特的偽結(jié)形狀，類似于Cas12酶的引導RNA。研究還揭示了TnpB如何識別ωRNA并切割目標DNA。當他們將這種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與Cas12酶進行比較時，他們了解到TnpB可能進化為CRISPR-Cas12酶的兩種可能方式。

該研究論文的第一作者之一Ryoya Nakagawa說:“我們的發(fā)現(xiàn)提供了對TnpB功能的機制見解，并推進了我們對TnpB蛋白質(zhì)到CRISPR-Cas12效應物進化的理解?！彼a充說，在未來，“我們將探索基于tnpb的基因編輯技術(shù)的潛在應用?！?/p>