Trong 10 năm trở lại đây, công nghệ chỉnh sửa gen dựa trên CRISPR đã phát triển nhanh chóng và đã được ứng dụng thành công trong điều trị các bệnh di truyền và ung thư trong các thử nghiệm lâm sàng ở người.Đồng thời, các nhà khoa học trên khắp thế giới không ngừng khai thác các công cụ mới có tiềm năng chỉnh sửa gen để giải quyết các vấn đề của các công cụ và quyết định chỉnh sửa gen hiện có.

Vào tháng 9 năm 2021, nhóm của Zhang Feng đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Khoa học [1] và phát hiện ra rằng một loạt các bộ chuyển mã đã mã hóa các enzym axit nucleic hướng dẫn RNA và đặt tên cho nó là hệ thống Omega (bao gồm ISCB, ISRB, TNP8).Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng hệ thống Omega sử dụng một đoạn RNA để hướng dẫn chuỗi kép DNA cắt, cụ thể là ωRNA.Quan trọng hơn, các enzym axit nucleic này rất nhỏ, chỉ khoảng 30% CAS9, có nghĩa là chúng có nhiều khả năng được chuyển đến các tế bào hơn.

Vào ngày 12 tháng 10 năm 2022, nhóm của Zhang Feng đã xuất bản trên tạp chí Nature với tựa đề: Cấu trúc của Omega Nickase ISRB trong phức hợp với ωrna và DNA đích [2].

Nghiên cứu đã phân tích thêm cấu trúc kính hiển vi điện tử đông lạnh của ISRB-ωRNA và phức hợp DNA đích trong hệ thống Omega.

ISCB là tổ tiên của CAS9, và ISRB cũng là đối tượng thiếu miền axit nucleic HNH của ISCB nên kích thước nhỏ hơn, chỉ khoảng 350 axit amin.DNA cũng cung cấp nền tảng cho sự phát triển hơn nữa và chuyển đổi kỹ thuật.

IsrB hướng dẫn RNA là một thành viên của họ OMEGA được mã hóa bởi siêu họ IS200/IS605 của các transposon.Từ phân tích phát sinh loài và các miền duy nhất được chia sẻ, IsrB có khả năng là tiền thân của IscB, là tổ tiên của Cas9.

Vào tháng 5 năm 2022, Phòng thí nghiệm Lovely Dragon của Đại học Cornell đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Science [3], phân tích cấu trúc của IscB-ωRNA và cơ chế cắt DNA của nó.

So với IscB và Cas9, IsrB thiếu miền HNH nuclease, thùy REC và hầu hết các miền tương tác trình tự PAM nên IsrB nhỏ hơn nhiều so với Cas9 (chỉ có khoảng 350 axit amin).Tuy nhiên, kích thước nhỏ của IsrB được cân bằng bởi một RNA hướng dẫn tương đối lớn (RNA omega của nó dài khoảng 300 nt).

Nhóm của Zhang Feng đã phân tích cấu trúc kính hiển vi điện tử lạnh của IsrB (DtIsrB) từ vi khuẩn kỵ khí nhiệt ẩm Desulfovirgula thermocuniculi và phức hợp ωRNA và DNA đích của nó.Phân tích cấu trúc cho thấy cấu trúc tổng thể của protein IsrB có chung cấu trúc xương sống với protein Cas9.

Nhưng điểm khác biệt là Cas9 sử dụng thùy REC để hỗ trợ nhận dạng mục tiêu, trong khi IsrB dựa vào ωRNA của nó, một phần trong đó tạo thành cấu trúc ba chiều phức tạp hoạt động giống như REC.

Để hiểu rõ hơn về những thay đổi cấu trúc của IsrB và Cas9 trong quá trình tiến hóa từ RuvC, nhóm của Zhang Feng đã so sánh các cấu trúc liên kết DNA mục tiêu của RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 và SpCas9 từ Thermus thermophilus.

Phân tích cấu trúc của IsrB và ωRNA của nó làm rõ cách IsrB-ωRNA cùng nhận biết và tách DNA đích, đồng thời cung cấp cơ sở để phát triển thêm và kỹ thuật của nuclease thu nhỏ này.So sánh với các hệ thống hướng dẫn RNA khác làm nổi bật các tương tác chức năng giữa protein và RNA, nâng cao hiểu biết của chúng ta về sinh học và sự tiến hóa của các hệ thống đa dạng này.

liên kết:

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