Nature：揭示最小的可编程核酸酶TnpB的三维结构

在一项新的研究中，立陶宛维尔纽斯大学生命科学中心（VU-LSC）的Virginijus Šikšnys教授及其研究团队团队与丹麦哥本哈根大学诺和诺德基金会蛋白研究中心（CPR）的Guillermo Montoya教授及其研究团队合作，利用低温电镜（cryo-EM）确定了TnpB的结构。相关研究结果发表在2023年4月13日的Nature期刊上，论文标题为“TnpB structure reveals minimal functional core of Cas12 nuclease family”。

CRISPR-Cas核酸酶，如Cas9或Cas12，也被称为基因剪刀，已经彻底改变了基因组编辑领域。它们能够精确编辑基因组，并校正致病突变。然而，Cas9或Cas12的大小限制了利用已用于基因治疗的腺相关病毒（AAV）将它们递送到靶细胞中。

在之前的一项研究中，Šikšnys团队报告了一类新的可编程的核酸酶---TnpB---的发现，TnpB与称为转座子的可移动遗传元件有关（Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-04058-1）。他们证实TnpB是最小的可编程核酸酶，可用于有效的基因编辑；然而，它的结构组织和作用机制仍然未知。

Šikšnys教授说，“这项新的研究是长期不懈努力的结果，它展示了立陶宛科学家在生命科学领域的潜力，以及他们成为该领域领导者的能力。这项研究揭示了TnpB基因剪刀的结构和机制，为进一步有针对性地改造TnpB复合物奠定了基础。”

在这项新的研究中，这些作者使用低温电镜来确定最小的可编程核酸内切酶TnpB的三元结构，这种结构与生化实验数据一起解释了TnpB基因剪刀如何精确识别和切割DNA靶标。

D.radiodurans ISDra2 TnpB二元和三元复合物的低温电镜结构。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05826-x。

结构研究表明，一种与TnpB蛋白结合在一起的长RNA分子形成了复杂的三维结构，不仅有助于识别DNA靶标，还控制TnpB的DNA切割活性。结构比较和生物信息学分析表明，TnpB是Cas12核酸酶家族的前体分子，并形成Cas12结构-功能核心。

正如论文共同通讯作者、维尔纽斯大学生命科学中心的Giedrius Sasnauskas博士所指出的那样，这项新研究的成功取决于几个因素。Sasnauskas说，“首先是相关的研究对象，以及维尔纽斯大学生命科学中心的生物化学家、分子生物学家、生物信息学家和哥本哈根大学诺和诺德基金会蛋白研究中心的同事们的合作。但最重要的是，我们能够使用维尔纽斯大学生命科学中心可用的低温电镜在立陶宛进行这项研究。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Giedrius Sasnauskas et al. TnpB structure reveals minimal functional core of Cas12 nuclease family. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05826-x.