Nature：新研究解析出参与基因组编辑蛋白质的3D结构

基因编辑是生物学的最新突破之一。广为人知的CRISPR-Cas基因编辑系统为原核生物（缺乏细胞核的生物）提供了抵抗外来DNA的免疫力。自从发现CRISPR基因编辑技术以来，科学家们正在揭示CRISPR-Cas蛋白从它们的前体进化而来。这些知识将帮助他们开发其他小型和新的基因组编辑工具用于基因治疗。

日本东京大学的Osamu Nureki教授及其研究团队致力于确定参与基因组编辑的蛋白的结构和功能。在一项新的研究中，该团队发现了一种名为TnpB的蛋白的三维结构，它可能是CRISPR-Cas12酶的前体。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“Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme”。

以前的研究已表明TnpB蛋白可能像一把分子剪刀一样工作，它在一种叫做ωRNA的特殊非编码RNA的帮助下切割DNA。但是这种RNA引导的DNA切割究竟是如何工作的，以及它与Cas12酶的进化关系是未知的，这促使Nureki实验室进行研究。他们了解这一点的第一步也是最关键的一步是揭示这种蛋白的结构。

为了确定TnpB的三维结构，Nureki团队从一种叫做耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）的细菌中提取了蛋白TnpB，并使用了低温电镜技术。在低温电镜技术中，这种蛋白样品用液氮冷却到-196°C，并用电子束照射，这就揭示了这种蛋白的三维结构。

TnpB采用双叶结构，由REC叶和NUC叶组成。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05933-9。

Nureki团队发现与TnpB结合在一起的ωRNA具有独特的假结形状，类似于在与Cas12酶结合在一起的向导RNA中发现的假结。这项新的研究还揭示了TnpB如何识别ωRNA并切割靶DNA。当他们将这种蛋白的结构与Cas12酶进行比较时，他们了解到TnpB可能进化成CRISPR-Cas12酶的两种可能方式。

论文共同第一作者Ryoya Nakagawa说，“我们的发现为TnpB的功能提供了机理上的见解，并推进了我们对从TnpB蛋白到CRISPR-Cas12效应蛋白的进化的理解。”他补充说，在未来，“我们将探索基于TnpB的基因编辑技术的潜在应用。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Ryoya Nakagawa et al. Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05933-9.