2024 년 4 월 4 일, Huang Zhiwei의 마크 슬롯 세포 연구에서 Ragath-18 유래 RNA에 의해 안내 된 DNA 엔도 뉴 클레아 제의 발견 및 구조 메커니즘 "이라는 제목의 연구 기사를 발표했습니다. 이 연구는 유전자 편집을위한 새로운 효소 공학 템플릿을 제공하는데, 이는 전달의 어려움, 비 표적 효과 및 비효율적 인 편집 측면에서 기존 유전자 편집 기술의 어려움을 극복하는 데 도움이됩니다.
박테리아는 파지 감염에 저항하기 위해 다양한 방어 시스템을 진화시킬 수 있습니다. 제한 변형 (RM) 시스템은 특정 부위에서 DNA 서열을 침입하고 절단합니다. CRISPR-CAS 시스템은 침입자로부터 유래 된 짧은 DNA 단편을 CRISPR 어레이에 통합함으로써 적응성 면역을 제공한다. 삽입 서열 (ISS)은 가장 일반적인 이동 요소 중 하나이며 박테리아에 의해 외인성 감염에 저항하는 데 사용됩니다. 이들은 요소가 다른 패밀리로 나뉘며 IS200/IS605 및 IS607 트랜스 포블 시스템은 두 가지 중요한 구성원입니다. IS200/IS605 트랜스 포상 시스템에 의해 인코딩 된 TNPB는 게놈 DNA를 절단하기 위해 Re마크 슬롯 클래스에 의해 지시된다. 재 프로그래밍 가능한 마크 슬롯- 유도 뉴 클레아 제입니다. IS200/IS605 및 IS607의 이름은 유사하지만, 둘 사이의 전치 메커니즘은 다르며 IS607 TNPB의 특정 함수는 아직 명확하지 않습니다.
이 연구에서 마크 슬롯 먼저 생물 정보학 방법을 사용하여 다양한 환경에서 이용 가능한 모든 박테리아 및 고고 학적 게놈 및 메타 게놈 데이터를 분석했습니다. 방어 섬에서, 보존 된 Ragath-18 유래 RNA (Rerna)는 IS607 TNPB와 함께 나타났다. 일련의 생화학 실험을 통해 마크 슬롯 IS607 TNPB가 RAGAT-18 유래 RNA (RERNA)와 상호 작용하여 RNA- 유도 엔도 뉴 클레아 제를 형성 할 수 있음을 입증했습니다. 마크 슬롯 9,172 개의 박테리아 균주에서 발견 된 10,258 IS607TNPB 시스템으로부터 플라스미드 절단 활성을 갖는 23 IS607TNPBS를 확인했으며, 9 IS607TNPBS는 인간 세포에서 DNA 간섭 활성을 나타냈다는 것을 발견했다. 이러한 IS607 TNPB는 IS605 TNPB와 완전히 다른 TAM 인식 시퀀스 (AGGAG 또는 GAGGG)를 갖습니다. IS605TNPB의 RERNA 서열은 TNPB의 코딩 서열에 존재하는 반면, IS607TNPB의 Rerna는 완전히 독립적이다. 그 중에서, Firmicutes 박테리아의 IS607 TNPB (ISFBA1TNPB)는 세포에서 강한 DNA 전단 활성을 보였고 높은 충실도 특성을 나타냈다.
마크 슬롯 Cryo-Electron 현미경 (Cryo-EM)을 통해 ISFBA1 TNPB-Rerna-DNA의 복잡한 구조를 추가로 분석했습니다. 이 구조는 ISFBA1TNPB 단백질 (387 AA)이 Rerna에 의해 인식 될 수있는 메커니즘을 나타내고 ISFBA1TNPB가 가이드 RNA와 DNA 기질 사이의 불일치에 더 민감한 이유를 밝혀 내며, 유전자 편집 목적을위한 ISFBA1TNPB의 추가 개발을위한 구조적 기초를 제공한다.
현재 CRISPR-CAS 시스템과 같은 유전자 편집 도구에 대한 최적화 전략에는 단백질 및 가이드 RNA 공학이 포함됩니다. 마크 슬롯이 발견 한 IS607 TNPB 시스템은 DNA 기본 불일치를 안내하고 표적으로하는 작은 크기와 높은 감도로 특징 지어지며, 이는 정확도, 특이성 및 다양성을 향상시킬 수있는 가능성을 제공합니다. 단백질 공학을 통해 IS607TNPB의 TAM 시퀀스를 최적화하고 사용 범위를 확장하는 것도 앞으로 탐험 할 가치가있는 방향입니다. IS607 TNPB의 발견은 RNA- 유도 뉴 클레아 제 활성을 가지고 있으며, IS 시스템의 잠재적 엔도 뉴 클레아 제 기능을 확장하고 유전자 편집 도구의 개발을위한 새로운 효소 공학 템플릿을 제공합니다.
Huang Zhiwei 교수와 마크 슬롯원 장 팬 이이 논문의 저자입니다. Ren Kuan 박사, 박사, Zhou Fengxia, 마크 슬롯원 Zhang Fan, Ph.D. 학생 Yin Mingyu, 부교수 Zhu Yuwei 및 마스터 학생 Wang Shouyu 가이 논문의 첫 번째 저자입니다. Chen Yan 박사, 박사 학위 학생 Huang Tengjin, 박사 과정 학생 Wu Zixuan, 박사 과정 학생, Life Sciences Center for Life Sciences의 공개 플랫폼 인 Guo Changyou 선임 엔지니어 인 Zhang Anqi는 마크 슬롯 작업의 일부에 참여했습니다.
이 마크 슬롯는 National Key R & D Plan, National Natural Science Foundation, Tencent New Cornerstone Science Foundation 및 Heilongjiang Head Yan Team Original Exploration Fund에 의해 자금을 지원합니다.
논문 링크 :https : //doi.org/10.1038/s41422-024-00952-1
게놈 및 metagenomic 데이터에서 RAGAT-18 마크 슬롯 관련 단백질의 식별 도식 다이어그램
IS607 TNPB 인간 293F 세포에서 유전자 마크 슬롯 달성
ISFBA1 TNPB-Re마크 슬롯-DSDNA Cryo-Electron 현미경 구조