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张锋团队率先发现真核细胞类CRISPR细胞 精选

已有 3867 次阅读 2021-9-12 09:21 |系统分类:人物纪事

CRISPR是理想的基因组编辑系统通过对这种系统的Cas9酶进化起源进行分析,研究人员发现在100多万种微生物基因组中的其他潜在编辑器蛋白酶

发表在99日的《科学》杂志上这项研究,在一个名为IscB的蛋白质家族中发现了新的编辑酶。这些蛋白质被认为是Cas9酶的祖先,Cas9酶被称为CRISPR的分子剪刀是该基因编辑系统的重要分子操作工具。在基因组编辑过程中,Cas9RNA片段合作,RNA引导Cas9酶找到并切割特定DNA序列。这项技术依赖于RNA作为引导系统,是其多功能性和广泛应用的一个关键原因,研究人员轻松地将Cas9定位到他们想要改变的基因组区域。实现随心所欲编辑基因的目的,这是现代分子生物医学的重要技术革命。

该研究的主要作者MIT的分子生物学家张峰说,发现其他能够切割DNARNA靶向酶,可能会为基因组编辑提供进一步的工具。“这些可编程蛋白质非常有用,超出了基本的生物学兴趣,”他说。“这种RNA引导的DNA识别机制很可能是大自然多次独立创造的成果

尽管研究人员已经将CRISPR用于基因编辑这是一种微生物免疫防御系统,可让细菌古菌的单细胞生物通过发送Cas9破坏病毒和其他入侵者的DNA。计算机研究表明,Cas9可能是从IscB家族蛋白质进化而来,该家族由转座子或“跳跃基因”编码,可在基因组中跳转到新位置。到目前为止,IscB蛋白的具体生物功能还不清楚。

和同事们发现,负责编码IscB蛋白质的DNA通常位于一类RNA分子的DNA附近,他们称之为ωRNA。他们还发现,一些IscB蛋白可在ωRNA序列指定位置切割DNA就像Cas9及其引导RNA一样。

该团队继续研究另一个名为TnpB的蛋白质家族,该家族被认为是另一种名为Cas12DNA切片CRISPR相关酶的祖先。他们发现,在ωRNA的引导下,其中一些蛋白质也能切割DNA

麻省理工学院(MIT)的分子生物学家该研究的第一作者之一苏米亚·坎南(Soumya Kannan)说,数据库搜索结果显示,有100多万个基因可能携带TnpB蛋白的密码,有些生物含有这些基因的100多个副本。

特别重要的是,IscB基因不仅存在于细菌和古生菌中,还存在于藻类细胞内的光吸收叶绿体中。这是首次在真核细胞中发现这样的基因组编辑系统这一令人惊讶的结果表明,真核生物比之前认为的更广泛。“每次我演讲时,人们总是问我是否在真核细胞中看到了CRISPR活动,”张说。“现在,我终于可以回答“是的”了。

在自然界中,这些基因可以执行各种功能,包括防御或调节其他基因的表达。在实验室中,这一发现可能会让科学家设计出大量编辑工具。的团队发现IscB可以用来切割人类DNA,尽管其效率低于CRISPR-Cas9系统。但是张说,IscB系统可以改进,指出IscB蛋白的小尺寸可能会使它在某些应用中更容易使用。

对于堪培拉澳大利亚国立大学的遗传学家Gaetan Burgio来说,这项研究的真正美妙之处在于它对理解进化的贡献,以及最终为iscb这样一个大而普遍的蛋白质群赋予可能的功能。“这绝对令人着迷,”他说。“它填补了一个重要的理论空白我们过去真的不知道这些CRISPR系统是如何变成CRISPR的。”




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