這是基因工程的一次重要飛躍，來自Arc研究所的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了橋接重組酶機制（bridge recombinase mechanism，生物通注），這是一種精確而強大的工具，可以以可編程的方式重組和重新排列DNA。
今天發(fā)表在《自然》雜志上的這項研究報告了研究人員發(fā)現(xiàn)的第一個DNA重組酶，該酶使用一種非編碼RNA對目標(biāo)和供體DNA分子進行序列特異性選擇。這種橋接RNA（bridge RNA）是可編程的，允許用戶指定任何所需的基因組靶序列和插入的任何供體DNA分子。
“橋接RNA系統(tǒng)是一種全新的生物編程機制，橋式重組可以通過特定序列的插入、切除、反轉(zhuǎn)等方式普遍修改遺傳物質(zhì)，使活基因組成為超越CRISPR的文字處理器。”該研究的資深作者、Arc研究所核心研究員、加州大學(xué)伯克利分校生物工程助理教授Patrick Hsu說。
Arc資深科學(xué)家Matthew Durrant和加州大學(xué)伯克利分校生物工程研究生Nick Perry是這一發(fā)現(xiàn)的主要作者。這項研究是與斯坦福大學(xué)生物化學(xué)助理教授Silvana Konermann和東京大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授Hiroshi Nishimasu的實驗室合作完成的。
可編程的RNA
橋接重組系統(tǒng)源于插入序列110 (IS110)元件，這是無數(shù)類型的轉(zhuǎn)座元件中的一種，或稱為“跳躍基因”，可以在微生物基因組內(nèi)部和之間剪切和粘貼自己。轉(zhuǎn)座因子存在于所有生命形式中，為了生存，它們已經(jīng)進化成專業(yè)的DNA操作機器。IS110元素非常簡單，僅由一個編碼重組酶的基因和兩側(cè)的DNA片段組成，到目前為止，這些DNA片段仍然是一個謎。
Hsu實驗室發(fā)現(xiàn)，當(dāng)IS110從基因組中切除自身時，非編碼DNA末端連接在一起，產(chǎn)生一個RNA分子——橋接RNA——折疊成兩個環(huán)。一個環(huán)與IS110元件本身結(jié)合，而另一個環(huán)與將插入元件的目標(biāo)DNA結(jié)合。橋接RNA是雙特異性引導(dǎo)分子的第一個例子，通過堿基配對相互作用指定靶DNA和供體DNA的序列。
橋接RNA的每個環(huán)都是獨立可編程的，允許研究人員混合和匹配任何感興趣的目標(biāo)和供體DNA序列。這意味著該系統(tǒng)可以遠遠超出其插入IS110元素本身的自然作用，而可以將任何理想的遺傳貨物(如有缺陷的致病基因的功能拷貝)插入到任何基因組位置。在這項工作中，該團隊證明了所需基因在大腸桿菌中的插入效率超過60%，對正確基因組位置的特異性超過94%。
Nick Perry說:“這些可編程的橋接RNA將IS110與其他已知的重組酶區(qū)分開來，后者缺乏RNA成分，無法編程。就好像橋接RNA是一個通用電源適配器，使IS110與任何插座兼容。”
Hsu實驗室的發(fā)現(xiàn)得到了他們與東京大學(xué)Hiroshi Nishimasu博士實驗室合作的補充，該研究結(jié)果也發(fā)表在今天的《自然》雜志上。Nishimasu實驗室使用低溫電子顯微鏡確定了與靶DNA和供體DNA結(jié)合的重組酶橋RNA復(fù)合物的分子結(jié)構(gòu)，并依次經(jīng)歷了重組過程的關(guān)鍵步驟。
隨著進一步的探索和發(fā)展，橋接機制有望迎來第三代RNA引導(dǎo)系統(tǒng)，超越CRISPR和RNA干擾(RNAi)的DNA和RNA切割機制，為可編程DNA重排提供統(tǒng)一的機制。對于哺乳動物基因組設(shè)計橋接重組系統(tǒng)的進一步發(fā)展至關(guān)重要，橋接重組酶連接兩個DNA鏈而不釋放切割的DNA片段——避免了當(dāng)前最先進的基因組編輯技術(shù)的一個關(guān)鍵限制。
“橋接重組機制解決了其他基因組編輯方法面臨的一些最根本的挑戰(zhàn)，”研究聯(lián)合負責(zé)人Durrant說。“以編程方式重新排列任意兩個DNA分子的能力為基因組設(shè)計的突破打開了大門。”
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240627020407207.htm） | 
