Dalam sepuluh tahun terakhir, teknologi pengeditan gen berdasarkan CRISPR telah berkembang pesat, dan telah berhasil diterapkan pada pengobatan penyakit genetik dan kanker dalam uji klinis pada manusia.Pada saat yang sama, para ilmuwan di seluruh dunia terus memanfaatkan alat baru dengan potensi penyuntingan gen untuk memecahkan masalah alat dan penentu penyuntingan gen yang ada.

Pada September 2021, tim Zhang Feng menerbitkan sebuah makalah di jurnal Science [1], dan menemukan bahwa berbagai transposter mengkode enzim asam nukleat yang dipandu RNA dan menamakannya sistem Omega (termasuk ISCB, ISRB, TNP8).Studi ini juga menemukan bahwa sistem Omega menggunakan bagian RNA untuk memandu pemotongan rantai ganda DNA, yaitu ωRNA.Lebih penting lagi, enzim asam nukleat ini sangat kecil, hanya sekitar 30% dari CAS9, yang berarti kemungkinan besar mereka akan dikirim ke sel.

Pada 12 Oktober 2022, tim Zhang Feng menerbitkan jurnal Nature berjudul: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Studi lebih lanjut menganalisis struktur mikroskop elektron beku ISRB-ωRNA dan kompleks DNA target dalam sistem Omega.

ISCB adalah nenek moyang dari CAS9, dan ISRB adalah objek yang sama dari kurangnya domain asam nukleat HNH dari ISCB, sehingga ukurannya lebih kecil, hanya sekitar 350 asam amino.DNA juga memberikan dasar untuk pengembangan lebih lanjut dan transformasi rekayasa.

IsrB yang dipandu RNA adalah anggota keluarga OMEGA yang disandikan oleh superfamili transposon IS200/IS605.Dari analisis filogenetik dan berbagi domain unik, IsrB kemungkinan besar merupakan pendahulu IscB, yang merupakan nenek moyang Cas9.

Pada Mei 2022, Laboratorium Naga Indah Universitas Cornell menerbitkan sebuah makalah di jurnal Science [3], menganalisis struktur IscB-ωRNA dan mekanisme pemotongan DNA-nya.

Dibandingkan dengan IscB dan Cas9, IsrB tidak memiliki domain nuklease HNH, lobus REC, dan sebagian besar domain yang berinteraksi urutan PAM, sehingga IsrB jauh lebih kecil daripada Cas9 (hanya sekitar 350 asam amino).Namun, ukuran IsrB yang kecil diimbangi oleh panduan RNA yang relatif besar (panjang omega RNA-nya sekitar 300 nt).

Tim Zhang Feng menganalisis struktur mikroskop cryo-elektron IsrB (DtIsrB) dari bakteri anaerob lembab-panas Desulfovirgula thermocuniculi dan kompleks ωRNA dan DNA targetnya.Analisis struktural menunjukkan bahwa keseluruhan struktur protein IsrB berbagi struktur tulang punggung dengan protein Cas9.

Tetapi perbedaannya adalah Cas9 menggunakan lobus REC untuk memfasilitasi pengenalan target, sedangkan IsrB mengandalkan ωRNA-nya, yang sebagian membentuk struktur tiga dimensi kompleks yang bertindak seperti REC.

Untuk lebih memahami perubahan struktural IsrB dan Cas9 selama evolusi dari RuvC, tim Zhang Feng membandingkan target struktur pengikat DNA RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 dan SpCas9 dari Thermus thermophilus .

Analisis struktural IsrB dan ωRNA-nya mengklarifikasi bagaimana IsrB-ωRNA bersama-sama mengenali dan memotong DNA target, dan juga memberikan dasar untuk pengembangan dan rekayasa nuklease miniatur ini lebih lanjut.Perbandingan dengan sistem yang dipandu RNA lainnya menyoroti interaksi fungsional antara protein dan RNA, memajukan pemahaman kita tentang biologi dan evolusi sistem yang beragam ini.

Tautan:

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