בעשר השנים האחרונות, טכנולוגיית עריכת הגנים המבוססת על CRISPR התפתחה במהירות, ויושמה בהצלחה לטיפול במחלות גנטיות וסרטן בניסויים קליניים בבני אדם.במקביל, מדענים ברחבי העולם נוקטים כל הזמן בכלים חדשים עם פוטנציאל לעריכת גנים כדי לפתור את הבעיות של כלי עריכת גנים קיימים והחלטות מכריעות.

בספטמבר 2021, הצוות של ג'אנג פנג פרסם מאמר בכתב העת Science [1], ומצא שמגוון רחב של משדרים מקודדים RNA מודרכים אנזימי חומצות גרעין וכינו אותה מערכת אומגה (כולל ISCB, ISRB, TNP8).המחקר מצא גם שמערכת האומגה משתמשת בקטע של RNA כדי להנחות את השרשרת הכפולה של ה-DNA החותכת, כלומר ωRNA.חשוב מכך, אנזימי חומצת הגרעין הללו קטנים מאוד, רק כ-30% מ-CAS9, מה שאומר שיש סיכוי גבוה יותר שהם יימסרו לתאים.

ב-12 באוקטובר 2022, הצוות של ג'אנג פנג פרסם בכתב העת Nature בשם: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

המחקר ניתח עוד יותר את מבנה מיקרוסקופ האלקטרונים הקפוא של ISRB-ωRNA וקומפלקס DNA מטרה במערכת האומגה.

ISCB הוא האב הקדמון של CAS9, ו-ISRB הוא אותו אובייקט של היעדר תחום חומצת הגרעין HNH של ISCB, כך שהגודל קטן יותר, רק כ-350 חומצות אמינו.DNA גם מספק את הבסיס להמשך פיתוח וטרנספורמציה הנדסית.

IsrB מונחה RNA הוא חבר במשפחת OMEGA המקודדת על ידי משפחת העל של הטרנספוזונים IS200/IS605.מניתוח פילוגנטי ותחומים ייחודיים משותפים, IsrB צפוי להיות המבשר של IscB, שהוא האב הקדמון של Cas9.

במאי 2022 פרסמה מעבדת הדרקון היפה של אוניברסיטת קורנל מאמר בכתב העת Science [3], המנתח את המבנה של IscB-ωRNA ומנגנון חיתוך ה-DNA שלו.

בהשוואה ל-IscB ו-Cas9, ל-IsrB חסר תחום הנוקלאז HNH, אונת REC ורוב התחומים המקיימים אינטראקציה ברצף PAM, כך ש-IsrB קטן בהרבה מ-Cas9 (רק כ-350 חומצות אמינו).עם זאת, גודלו הקטן של IsrB מאוזן על ידי RNA מודרך גדול יחסית (אומגה RNA שלו הוא באורך של כ-300 nt).

הצוות של ג'אנג פנג ניתח את מבנה מיקרוסקופ הקריו-אלקטרון של IsrB (DtIsrB) מהחיידק האנאירובי בחום לח Desulfovirgula thermocuniculi והקומפלקס שלו של ωRNA ו-DNA מטרה.ניתוח מבני הראה שהמבנה הכולל של חלבון IsrB חלק מבנה עמוד שדרה עם חלבון Cas9.

אבל ההבדל הוא ש-Cas9 משתמש באונה REC כדי להקל על זיהוי מטרות, בעוד ש-IsrB מסתמך על ה-ωRNA שלו, שחלק ממנו יוצר מבנה תלת מימדי מורכב שפועל כמו REC.

כדי להבין טוב יותר את השינויים המבניים של IsrB ו-Cas9 במהלך האבולוציה מ-RuvC, הצוות של Zhang Feng השווה את מבני היעד קושרי ה-DNA של RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 ו-SpCas9 מ-Thermus thermophilus.

הניתוח המבני של IsrB וה-ωRNA שלו מבהיר כיצד IsrB-ωRNA מזהה ומבקע במשותף DNA מטרה, וגם מספק בסיס להמשך פיתוח והנדסה של נוקלאז ממוזער זה.השוואות עם מערכות מונחות RNA אחרות מדגישות אינטראקציות פונקציונליות בין חלבונים ו-RNA, ומקדמות את ההבנה שלנו של הביולוגיה והאבולוציה של מערכות מגוונות אלו.

קישורים:

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