Negli ultimi dieci anni, la tecnologia di editing genetico basata su CRISPR si è sviluppata rapidamente ed è stata applicata con successo al trattamento delle malattie genetiche e del cancro negli studi clinici sull'uomo.Allo stesso tempo, gli scienziati di tutto il mondo sfruttano costantemente nuovi nuovi strumenti con potenziale di editing genetico per risolvere i problemi degli strumenti di editing genetico esistenti e decisivi.

Nel settembre 2021, il team di Zhang Feng ha pubblicato un articolo sulla rivista Science [1] e ha scoperto che un'ampia gamma di transposter codificava gli enzimi dell'acido nucleico guidati dall'RNA e lo chiamava sistema Omega (inclusi ISCB, ISRB, TNP8).Lo studio ha anche scoperto che il sistema Omega utilizza una sezione di RNA per guidare il taglio della doppia catena del DNA, vale a dire ωRNA.Ancora più importante, questi enzimi dell'acido nucleico sono molto piccoli, solo circa il 30% di CAS9, il che significa che è più probabile che vengano consegnati alle cellule.

Il 12 ottobre 2022, il team di Zhang Feng ha pubblicato sulla rivista Nature dal titolo: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Lo studio ha ulteriormente analizzato la struttura al microscopio elettronico congelato di ISRB-ωRNA e il complesso di DNA bersaglio nel sistema Omega.

ISCB è l'antenato di CAS9 e ISRB è lo stesso oggetto della mancanza del dominio dell'acido nucleico HNH di ISCB, quindi la dimensione è inferiore, solo circa 350 aminoacidi.Il DNA fornisce anche le basi per ulteriori sviluppi e trasformazioni ingegneristiche.

L'IsrB guidato dall'RNA è un membro della famiglia OMEGA codificata dalla superfamiglia di trasposoni IS200/IS605.Dall'analisi filogenetica e dai domini univoci condivisi, è probabile che IsrB sia il precursore di IscB, che è l'antenato di Cas9.

Nel maggio 2022, il Lovely Dragon Laboratory della Cornell University ha pubblicato un articolo sulla rivista Science [3], analizzando la struttura di IscB-ωRNA e il suo meccanismo di taglio del DNA.

Rispetto a IscB e Cas9, IsrB manca del dominio della nucleasi HNH, del lobo REC e della maggior parte dei domini che interagiscono con la sequenza PAM, quindi IsrB è molto più piccolo di Cas9 (solo circa 350 amminoacidi).Tuttavia, la piccola dimensione di IsrB è bilanciata da un RNA guida relativamente grande (il suo omega RNA è lungo circa 300 nt).

Il team di Zhang Feng ha analizzato la struttura al microscopio crioelettronico di IsrB (DtIsrB) dal batterio anaerobico a calore umido Desulfovirgula thermocuniculi e il suo complesso di ωRNA e DNA bersaglio.L'analisi strutturale ha mostrato che la struttura complessiva della proteina IsrB condivideva una struttura a spina dorsale con la proteina Cas9.

Ma la differenza è che Cas9 utilizza il lobo REC per facilitare il riconoscimento del bersaglio, mentre IsrB si affida al suo ωRNA, una parte del quale forma una complessa struttura tridimensionale che agisce come REC.

Per comprendere meglio i cambiamenti strutturali di IsrB e Cas9 durante l'evoluzione da RuvC, il team di Zhang Feng ha confrontato le strutture di legame al DNA target di RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 e SpCas9 da Thermus thermophilus.

L'analisi strutturale di IsrB e del suo ωRNA chiarisce come IsrB-ωRNA riconosca e scinda congiuntamente il DNA bersaglio e fornisce anche una base per l'ulteriore sviluppo e ingegnerizzazione di questa nucleasi miniaturizzata.I confronti con altri sistemi guidati dall'RNA evidenziano le interazioni funzionali tra proteine ​​e RNA, facendo avanzare la nostra comprensione della biologia e dell'evoluzione di questi diversi sistemi.

Link:

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