Nature：参与基因组编辑的蛋白质的3D结构

　　基因编辑是生物学领域的最新突破之一。广为人知的CRISPR-Cas基因编辑系统为原核生物(缺乏细胞核的生物)提供了对抗外源DNA的免疫力。

　　

   

   

图:TnpB采用由REC和NUC组成的双叶结构。REC包括WED和REC结构域，而NUC包括RuvC和TNB结构域。TnpB在其编码区末端与转座子序列转录的ωRNA组装。引导RNA-靶标DNA异质双工结合在REC和NUC叶之间的沟槽上。

来源:Nakagawa et al 2023

基因编辑是生物学领域的最新突破之一。广为人知的CRISPR-Cas基因编辑系统为原核生物(缺乏细胞核的生物)提供了对抗外源DNA的免疫力。自从发现CRISPR基因编辑技术以来，科学家们揭示了CRISPR- cas蛋白质从其前体进化而来的过程。这些知识将帮助他们开发其他用于基因治疗的小型新型基因组编辑工具。

在东京大学，Osamu Nureki教授的团队致力于识别参与基因组编辑的蛋白质的结构和功能。在该团队最近的一项研究中，他们发现了一种名为TnpB的蛋白质的3D结构，TnpB可能是CRISPR-Cas12酶的前体。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。

先前的研究表明，TnpB蛋白可能像一把分子剪刀，在一种叫做ωRNA的特殊非编码RNA的帮助下切割DNA。但RNA引导的DNA切割是如何工作的，以及它与Cas12酶的进化关系尚不清楚，这促使Nureki实验室进行了研究。他们理解的第一步也是最关键的一步是揭示蛋白质的结构。

为了确定TnpB的三维结构，研究人员从一种叫做Deinococcus radiodurans的细菌中提取了TnpB蛋白质，并使用了冷冻电子显微镜。在冷冻电子显微镜技术中，使用液氮将蛋白质样本冷却到-196°C，并用电子束照射，揭示了蛋白质的3D结构。

研究小组发现TnpB中的ωRNA具有独特的伪结形状，类似于Cas12酶的引导RNA。研究还揭示了TnpB如何识别ωRNA并切割目标DNA。当他们将这种蛋白质的结构与Cas12酶进行比较时，他们了解到TnpB可能进化为CRISPR-Cas12酶的两种可能方式。

该研究论文的第一作者之一Ryoya Nakagawa说:“我们的发现提供了对TnpB功能的机制见解，并推进了我们对TnpB蛋白质到CRISPR-Cas12效应物进化的理解。”他补充说，在未来，“我们将探索基于tnpb的基因编辑技术的潜在应用。”

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相关链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05933-9 

https://www.s.u-tokyo.ac.jp/en/ 

文章标题

Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme