研究揭示了参与基因组编辑的蛋白质的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(缺乏细胞核的生物体)提供了针对外来DNA的免疫力。自从CRISPR基因编辑技术被发现以来，科学家们正在揭示CRISPR-Cas蛋白从其前体进化而来。

这些知识将帮助他们开发其他用于基因治疗的小型和新的基因组编辑工具。在东京大学，Osamu Nureki教授的小组致力于确定参与基因组编辑的蛋白质的结构和功能。在该团队最近的一项研究中，他们发现了一种名为TnpB的蛋白质的3D结构，TnpB可能是CRISPR-Cas12酶的前体。他们的发现发表在《自然》杂志上。

先前的研究表明，TnpB蛋白可能像一把分子剪刀一样工作，在一种称为ωRNA的特殊非编码RNA的帮助下切割DNA。但是RNA引导的DNA切割究竟是如何工作的，以及它与Cas12酶的进化关系尚不清楚，这促使Nureki实验室进行了研究。他们理解这一点的第一步也是最关键的一步是揭示蛋白质结构。

为了确定TnpB的三维结构，研究人员从一种名为Deinococcus radiodurans的细菌中取出了TnpB蛋白，并使用冷冻电子显微镜。在冷冻电子显微镜技术中，使用液氮将蛋白质样品冷却至-196°C并用电子束照射，从而揭示蛋白质的3D结构。

研究小组发现，TnpB中的ωRNA具有独特的假结形状，类似于Cas12酶的向导RNA中的假结形状。该研究还揭示了TnpB如何识别ωRNA并切割目标DNA。当他们将这种蛋白质的结构与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。

“我们的研究结果提供了对TnpB功能的机制见解，并推进了我们对从TnpB蛋白到CRISPR-Cas12效应子的进化的理解，”研究生，该研究论文的第一作者之一Ryoya Nakagawa说。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。