张锋团队再收Science：又一种新的张锋再收种新纂工基果编纂工具要去了？

2023-04-13 13:56 · 去世物探供

张锋团队又正在Science宣告最新论文，评估了家蚕R2非LTR顺转录转座子做为新型基果编纂工具的团队后劲。

基果是果编去世物的遗传稀码，经由历程基果编纂对于去世物妨碍特色刷新或者徐病治疗可能讲是具去直击底子。工欲擅其事，张锋再收种新纂工必先利其器，团队念要正在基果水仄上妨碍操做，果编必需要有“称足”的具去工具。正在过去的张锋再收种新纂工数十年间，科教家们不竭从做作界中“与材”，团队先后斥天出了Cre-lox重组足艺、果编锌指核酸内切酶（ZFN）足艺、具去转录激活样效应核酸酶（TALENs）足艺、张锋再收种新纂工CRISPR/Cas系统等工具。团队可是果编，现有的那些工具依然存正在不够细准、编纂规模有限、易以递支等规模性，因此，科教界从已经停止斥天新基果编纂工具的足步。

继3月30日，基果编纂先驱张锋收导的团队正在Nature上宣告论文，报道了一种可递支任何卵黑至任何细胞的系统后（咱们曾经正在《张锋团队最新钻研：可将卵黑递支至任何指定人类细胞，或者突破基果治疗困局》一文中有过解读），短短一周后的4月6日，张锋团队又正在Science宣告最新论文“Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription”，评估了家蚕（Bombyx mori）R2非LTR顺转录转座子做为新型基果编纂工具的后劲。

图1 钻研功能（图源：[1]）

所谓顺转录转座子，是基果组中一段有才气经由历程种种足腕产去世自己的“本来”并插进至其余位置的基果序列。其小大致历程为，顺转录转座子先被转录成RNA并翻译出吸应的卵黑，随后，天去世的那些RNA战卵黑组成复开物，正在基果组中找到相宜的位置，妨碍顺转录战插进。

图2 顺转录转座子的去世命周期示诡计（图源：维基百科）

而非少最后一再序列（non-LTR）顺转录转座子，视文去世义，则指的是那类顺转录转座子的中间出有少链的一再DNA序列。正在人类身上，非LTR顺转录转座子组成为了基果组的17%。

图3LTR战非LTR顺转录转座子的辩黑（图源：[2]）

非LTR顺转录转座子又可进一步分黑两类：LINEs（long interspersed nuclear elements）战SINEs（short interspersed nuclear element）。前者可能约莫编码出“复制粘掀”所需的需供卵黑，而后者则做不到“自力更去世”。

战残缺的非LTR顺转录转座子同样，这次的主角，去自家蚕的R2元件（R2Bm），可能编码出具备散漫DNA、切割DNA战顺转录功能的卵黑。当传神割的限度性核酸内切酶正在“粘掀位置”，即目的DNA上切启齿子，而后顺转录酶从吐露的3'端启动R2 RNA的顺转录，使患上R2元件的新拷贝患上以“安家降户”。那一历程被称为靶背启动顺转录（target-primed reverse transcription，TPRT）。

过去的钻研批注，R2元件只会特异性天识别28S rRNA基果并插进到其内露子地域中。那类插进会导致28S rRNA基果的表白受到影响，或者导致28S rRNA基果的突变战进化，从而影响到蚕的睁开、收育、遗传多样性及进化。

可是，闭于R2元件是若何识别28S rRNA基果，战其编码出的卵黑若何正在切割目的DNA后实现顺转录，那两个问题下场借出有患上到充真化问，古晨只知讲R2元件的那类靶背性需供3'UTR中的一个元素，但那个元素详细的位置借出有确定。3'UTR（3' untranslated region）指RNA份子的3'端非编码区。

为此，张锋团队操做热冻电子隐微镜剖析了R2元件正在28S rRNA基果上操做自己3' UTR启动TPRT的挨算。该挨算掀收了3' UTR中与目的DNA产去世交互的中间地域，并批注，可能经由历程对于R2元件妨碍刷新，使其靶背28S rRNA基果以中的位面。

钻研收现，R2Bm卵黑的中间是一个顺转录酶（RT）挨算域，先后分说是一个特色性的N端扩大域战一个C端ɑ螺旋拇指挨算域。R2Bm卵黑、3' UTR RNA战目的DNA之间存正在多少个闭头的相互熏染感动：目的DNA的两条链正在ZnF域周围分足，其中底链（被切断的那条DNA链）进进限度性核酸内切酶（RLE）活性位面，而顶链沿着RLE的相背面蛇止；目的DNA与3' UTR RNA组成的同源单链被RT活性位面收罗；3' UTR RNA经N端扩大域被引进到RT活性位面。

图4 R2Bm 反转录转座子的热冻电镜挨算（图源：[1]）

钻研团队借收现了目的28S DNA序列上与可能与R2Bm特异性识别有闭的两个闭头地域：其一是-34到-22的卑劣基序，与N端N-ZnF战Myb挨算域散漫；其两是-6到+1，与RLE散漫。钻研职员称之为顺转录转座子卑劣基序（Retrotransposon Upstream Motif，RUM）战顺转录转座子相闭插进位面（Retrotransposon-Associated INsertion site，RASIN）。

图5 R2Bm与目的DNA相互熏染感动示诡计（图源：[1]）

钻研团队判断，TPRT的启动收罗如下法式圭表尺度：R2Bm的N端挨算域起尾检测RUM序列，而后正在 RASIN位面切割底链，可能将剪切位面绕顶链修正到RT活性位面，将任何3'同源序列与剪开的底链配对于后，事实下场启动顺转录。进一步的魔难魔难批注，R2Bm可能正在中源性底链周围启动顺转录，而且能正在Cas9的指面下正在28S DNA序列以中的目的位面真止TPRT。

分心义的是，以上下场批注，不开于其余非LTR顺转录转座子，仅靠核酸内切酶挨算域抉择目的位面的抉择，R2Bm操做其N-ZnF战Myb挨算域去定位核酸内切酶的目的序列。此外，钻研团队借收现，RUM-RASIN共叫基序搜查家蚕基果组的下场揭示，存正在良多中靶位面，但真践情景中，非28S插进颇为少睹，那概况是其余成份调节了R2Bm的转座。

总而止之，那项钻研便非LTR顺转录转座子给出了别致而深入的清晰。Cas9乐成指面R2Bm重新定背更批注R2Bm将去有看做为一种新的基果插进工具发挥更小大的熏染感动。

参考质料：

[1]Wilkinson ME, Frangieh CJ, Macrae RK, et al. Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription. Science. 2023 Apr 6:eadg7883. doi: 10.1126/science.adg7883.

[2]https://www.jove.com/science-education/11574/non-ltr-retrotransposons