基因編輯是生物學的最新突破之一,。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）提供了抵抗外來DNA的免疫力,。自從發(fā)現(xiàn)CRISPR基因編輯技術以來，科學家們正在揭示CRISPR-Cas蛋白從它們的前體進化而來,。這些知識將幫助他們開發(fā)其他小型和新的基因組編輯工具用于基因治療,。

日本東京大學的Osamu Nureki教授及其研究團隊致力于確定參與基因組編輯的蛋白的結構和功能。在一項新的研究中,，該團隊發(fā)現(xiàn)了一種名為TnpB的蛋白的三維結構,，它可能是CRISPR-Cas12酶的前體。相關研究結果發(fā)表在2023年4月13日的Nature期刊上,，論文標題為“Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme”,。

以前的研究已表明TnpB蛋白可能像一把分子剪刀一樣工作，它在一種叫做ωRNA的特殊非編碼RNA的幫助下切割DNA,。但是這種RNA引導的DNA切割究竟是如何工作的,，以及它與Cas12酶的進化關系是未知的，這促使Nureki實驗室進行研究,。他們了解這一點的第一步也是最關鍵的一步是揭示這種蛋白的結構,。

為了確定TnpB的三維結構，Nureki團隊從一種叫做耐輻射奇球菌（Deinococcus radiodurans）的細菌中提取了蛋白TnpB,，并使用了低溫電鏡技術,。在低溫電鏡技術中，這種蛋白樣品用液氮冷卻到-196°C,，并用電子束照射,，這就揭示了這種蛋白的三維結構。

TnpB采用雙葉結構,，由REC葉和NUC葉組成,。圖片來自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05933-9。

Nureki團隊發(fā)現(xiàn)與TnpB結合在一起的ωRNA具有獨特的假結形狀,，類似于在與Cas12酶結合在一起的向導RNA中發(fā)現(xiàn)的假結,。這項新的研究還揭示了TnpB如何識別ωRNA并切割靶DNA。當他們將這種蛋白的結構與Cas12酶進行比較時,，他們了解到TnpB可能進化成CRISPR-Cas12酶的兩種可能方式,。

論文共同第一作者Ryoya Nakagawa說，“我們的發(fā)現(xiàn)為TnpB的功能提供了機理上的見解,，并推進了我們對從TnpB蛋白到CRISPR-Cas12效應蛋白的進化的理解,。”他補充說,，在未來,，“我們將探索基于TnpB的基因編輯技術的潛在應用?！保?a >生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Ryoya Nakagawa et al. Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05933-9.