지난 10년 동안 CRISPR 기반의 유전자 편집 기술은 비약적으로 발전하여 인간 임상 실험에서 유전 질환 및 암 치료에 성공적으로 적용되었습니다.동시에 전 세계 과학자들은 기존 유전자 편집 도구의 문제점을 해결하고 결정하기 위해 유전자 편집 잠재력을 가진 새로운 도구를 지속적으로 활용하고 있습니다.

2021년 9월, Zhang Feng 팀은 Science 저널[1]에 논문을 발표했고, 광범위한 트랜스포스터가 RNA 유도 핵산 효소를 코딩하고 이를 오메가 시스템(ISCB, ISRB, TNP8 포함)이라고 명명했음을 발견했습니다.이 연구는 또한 Omega 시스템이 절단 DNA 이중 사슬, 즉 ωRNA를 안내하기 위해 RNA 섹션을 사용한다는 것을 발견했습니다.더 중요한 것은 이러한 핵산 효소가 CAS9의 약 30%에 불과할 정도로 매우 작기 때문에 세포로 전달될 가능성이 더 높을 수 있다는 것입니다.

2022년 10월 12일, Zhang Feng 팀은 Nature 저널에 다음과 같은 제목의 Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA[2]를 게재했습니다.

이 연구는 Omega 시스템에서 ISRB-ωRNA 및 표적 DNA 복합체의 동결 전자 현미경 구조를 추가로 분석했습니다.

ISCB는 CAS9의 조상이고, ISRB는 ISCB의 HNH 핵산 도메인이 없는 것과 같은 목적이므로 크기가 더 작아서 약 350개의 아미노산에 불과합니다.DNA는 또한 추가 개발 및 엔지니어링 변환을 위한 기반을 제공합니다.

RNA 유도 IsrB는 트랜스포손의 IS200/IS605 수퍼패밀리로 암호화된 OMEGA 패밀리의 구성원입니다.계통발생학적 분석 및 공유된 고유 도메인에서 IsrB는 Cas9의 조상인 IscB의 전구체일 가능성이 높습니다.

2022년 5월 코넬 대학교 러블리 드래곤 연구소는 사이언스[3] 저널에 IscB-ωRNA의 구조와 DNA 절단 메커니즘을 분석한 논문을 게재했습니다.

IscB 및 Cas9와 비교하여 IsrB에는 HNH 뉴클레아제 도메인, REC 로브 및 대부분의 PAM 서열 상호작용 도메인이 없기 때문에 IsrB는 Cas9(단지 약 350개 아미노산)보다 훨씬 작습니다.그러나 IsrB의 작은 크기는 상대적으로 큰 가이드 RNA(오메가 RNA 길이는 약 300nt임)에 의해 균형을 이룹니다.

Zhang Feng의 팀은 습열 혐기성 박테리아인 Desulfovirgula thermocuniculi와 ωRNA 및 표적 DNA의 복합체에서 IsrB(DtIsrB)의 저온 전자 현미경 구조를 분석했습니다.구조 분석은 IsrB 단백질의 전체 구조가 Cas9 단백질과 백본 구조를 공유한다는 것을 보여주었다.

그러나 차이점은 Cas9는 표적 인식을 용이하게 하기 위해 REC 로브를 사용하는 반면, IsrB는 REC처럼 작용하는 복잡한 3차원 구조를 형성하는 부분인 ωRNA에 의존한다는 것입니다.

RuvC에서 진화하는 동안 IsrB와 Cas9의 구조적 변화를 더 잘 이해하기 위해 Zhang Feng 팀은 Thermus thermophilus의 RuvC(TtRuvC), IsrB, CjCas9 및 SpCas9의 표적 DNA 결합 구조를 비교했습니다.

IsrB와 그 ωRNA의 구조 분석은 IsrB-ωRNA가 표적 DNA를 공동으로 인식하고 절단하는 방법을 명확히 하고 이 소형 뉴클레아제의 추가 개발 및 엔지니어링을 위한 기초를 제공합니다.다른 RNA 유도 시스템과의 비교는 단백질과 RNA 간의 기능적 상호 작용을 강조하여 이러한 다양한 시스템의 생물학 및 진화에 대한 이해를 향상시킵니다.

연결:

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