過去 10 年間で、CRISPR に基づく遺伝子編集技術は急速に発展し、ヒトの臨床試験で遺伝性疾患やがんの治療に応用することに成功しました。同時に、世界中の科学者は、既存の遺伝子編集ツールの問題や決定的な問題を解決するために、遺伝子編集の可能性を備えた新しいツールを常に活用しています。

2021年9月、Zhang Fengのチームはサイエンスジャーナル[1]に論文を発表し、広範囲のトランスポスターがRNA誘導核酸酵素をコードしていることを発見し、それをオメガシステム（ISCB、ISRB、TNP8を含む）と名付けた。この研究では、オメガシステムがDNA二重鎖の切断をガイドするためにRNAの一部、すなわちωRNAを使用していることも判明した。さらに重要なことは、これらの核酸酵素は非常に小さく、CAS9 のわずか約 30% であり、これは細胞に送達される可能性が高いことを意味します。

2022 年 10 月 12 日、Zhang Feng のチームは、「ωrna およびターゲット DNA との複合体におけるオメガニッカーゼ ISRB の構造」というタイトルで Nature 誌に発表しました [2]。

この研究では、オメガシステムにおけるISRB-ωRNAと標的DNA複合体の凍結電子顕微鏡構造をさらに分析しました。

ISCB は CAS9 の祖先であり、ISRB は ISCB の HNH 核酸ドメインを欠いた同じ対象であるため、サイズは小さく、わずか約 350 アミノ酸です。DNA は、さらなる開発とエンジニアリング変革のための基盤も提供します。

RNA 誘導型 IsrB は、トランスポゾンの IS200/IS605 スーパーファミリーによってコードされる OMEGA ファミリーのメンバーです。系統解析と共通の固有ドメインから、IsrB は Cas9 の祖先である IscB の前駆体である可能性があります。

2022 年 5 月、コーネル大学のラブリー ドラゴン研究所は、IscB-ωRNA の構造と DNA 切断機構を分析した論文をサイエンス誌に発表しました [3]。

IscB および Cas9 と比較すると、IsrB には HNH ヌクレアーゼ ドメイン、REC ローブ、および PAM 配列相互作用ドメインのほとんどが欠如しているため、IsrB は Cas9 よりもはるかに小さい (アミノ酸数はわずか約 350)。ただし、IsrB の小さいサイズは、比較的大きなガイド RNA (そのオメガ RNA の長さは約 300 nt) によってバランスが保たれています。

Zhang Feng のチームは、湿熱嫌気性細菌 Desulfovirgula Thermocuniculi の IsrB (DtIsrB) とその ωRNA と標的 DNA の複合体の低温電子顕微鏡構造を分析しました。構造解析により、IsrB タンパク質の全体構造が Cas9 タンパク質と骨格構造を共有していることが示されました。

しかし、違いは、Cas9 が REC ローブを使用して標的の認識を促進するのに対し、IsrB は ωRNA に依存し、その一部が REC のように機能する複雑な三次元構造を形成することです。

RuvC から進化する際の IsrB と Cas9 の構造変化をより深く理解するために、Zhang Feng のチームは、Thermus Thermophilus の RuvC (TtRuvC)、IsrB、CjCas9、SpCas9 の標的 DNA 結合構造を比較しました。

IsrB とその ωRNA の構造解析により、IsrB-ωRNA がどのように共同して標的 DNA を認識して切断するのかが明らかになり、この小型ヌクレアーゼのさらなる開発と操作の基礎も提供されます。他の RNA 誘導システムとの比較により、タンパク質と RNA 間の機能的相互作用が明らかになり、これらの多様なシステムの生物学と進化についての理解が深まります。

リンク:

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