真核CRISPR-Cas同源物Fanzor2的結構顯示了基因編輯的前景

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-10-12 11:24:00【大中小】

摘要：科學家揭示了Fanzor2與細菌祖先的差異如何使其成為未來基因組工程努力的有用工具。

在原核生物CRISPR-Cas9等基因組工程工具的應用推動下，一場生物醫學革命正在進行中。新的基因組編輯系統繼續在不同的生物體中被發現，增加了各種治療應用的潛在工具箱。圣裘德兒童研究醫院的科學家們研究了真核基因組編輯蛋白Fanzors的進化歷程。利用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)，研究人員深入了解了Fanzor2與其他rna引導核酸酶的結構差異，為未來的蛋白質工程工作提出了一個框架。研究結果發表在今天的《自然結構與分子生物學》雜志上。

獲得2020年諾貝爾化學獎的基因組編輯方法CRISPR-Cas9，改編自細菌用作防御機制的自然存在的基因組編輯系統。CRISPR-Cas系統可能起源于轉座子，即從一個基因組位置移動到另一個基因組位置的DNA元素。最近，在細菌中發現了一個大型而古老的轉座子相關蛋白家族，稱為TnpB，被發現是多種CRISPR-Cas9和-Cas12亞型的功能前身，在這兩個過程之間提供了一個進化橋梁。Fanzor蛋白家族由Fanzor1和Fanzor2組成，是真核生物和真核病毒中發現的TnpB的同源物。

圖1 Fanzor2的結構揭示了TnpB超家族進化的見解

圣裘德結構生物學系的Elizabeth Kellogg博士研究了Fanzor2的結構，繪制了這些系統如何進化的圖表，為未來的基因組工程技術方法提供了關鍵的見解。

Fanzor的潛力在于它的結構-功能關系

凱洛格解釋說:“由于發現TnpBs也是rna引導的核酸酶，就像CRISPR-Cas9一樣，我們對它們的多樣性非常感興趣。”“它們在結構、形狀和與之相關的rna方面有著巨大的變化。我們剛剛發現了TnpBs的各種生物學作用。”

圖2 ApmFz2三元配合物的低溫電磁結構

TnpBs和Fanzors如此令人興奮的一個關鍵因素是它們的相對大小——它們明顯小于它們的Cas9和Cas12基因。就基因組工程而言，最小化蛋白質的大小可以提供更多的功能。通過Fanzor2與其天然RNA向導和DNA靶點相關的低溫電鏡結構，Kellogg拼湊出了RNA引導核酸酶的結構和功能之間的關系。這項工作還揭示了RNA在幫助構建Fanzor2活性位點中的作用不同于其他類別，這表明RNA和蛋白質在CRISPR核酸酶Cas12家族的一個單獨的進化分支上共同進化。

凱洛格說:“這種蛋白質非常微小，但其結構表明，就它們如何與rna一起發揮作用而言，它們具有更大的可塑性。”“這暗示我們可以進一步縮小它的大小，但要理解這一點還有很多工作要做。”

凱洛格希望這種結構將成為下一代rna引導核酸酶工程新方法的啟動平臺。此外，考慮到家庭的多樣性，很明顯，知識帶來力量。“這些復合體的結構多樣性是我們完全不了解的，”她強調說。“這就是我認為它很重要的地方，不僅是為了理解使某些東西成為rna引導的核酸酶的功能限制，也是為了理解這些原理并在工程中利用它們。這正是我感興趣的。”

參考資料

[1] Structure of Fanzor2 reveals insights into the evolution of the TnpB superfamily