Viimase kümne aasta jooksul on CRISPR-il põhinev geenide redigeerimise tehnoloogia kiiresti arenenud ning seda on edukalt rakendatud geneetiliste haiguste ja vähi ravis inimeste kliinilistes uuringutes.Samal ajal kasutavad teadlased üle maailma pidevalt uusi uusi tööriistu, millel on geenide redigeerimise potentsiaal, et lahendada olemasolevate geenide redigeerimise tööriistade ja otsustavate vahendite probleeme.

2021. aasta septembris avaldas Zhang Fengi töörühm artikli ajakirjas Science [1] ja leidis, et suur hulk transpostreid kodeerisid RNA-ga juhitud nukleiinhappeensüüme ja nimetasid selle Omega süsteemiks (sh ISCB, ISRB, TNP8).Uuringus leiti ka, et Omega süsteem kasutab lõikava DNA kaksikahela, nimelt ωRNA suunamiseks RNA lõiku.Veelgi olulisem on see, et need nukleiinhappeensüümid on väga väikesed, vaid umbes 30% CAS9-st, mis tähendab, et need võivad olla tõenäolisemalt rakkudesse tarnitud.

12. oktoobril 2022 avaldas Zhang Fengi töörühm ajakirjas Nature pealkirjaga: Omega Nickase ISRB struktuur kompleksis ωrna ja siht-DNA-ga [2].

Uuringus analüüsiti täiendavalt ISRB-ωRNA ja sihtmärk-DNA kompleksi külmutatud elektronmikroskoobi struktuuri Omega süsteemis.

ISCB on CAS9 esivanem ja ISRB on ISCB HNH nukleiinhappedomeeni puudumise objekt, seega on suurus väiksem, ainult umbes 350 aminohapet.DNA loob ka aluse edasiseks arendamiseks ja inseneride ümberkujundamiseks.

RNA-ga juhitud IsrB on OMEGA perekonna liige, mida kodeerib IS200/IS605 transposoonide superperekond.Fülogeneetilise analüüsi ja jagatud ainulaadsete domeenide põhjal on IsrB tõenäoliselt Cas9 esivanema IscB eelkäija.

2022. aasta mais avaldas Cornelli ülikooli Lovely Dragon Laboratory ajakirjas Science [3] artikli, milles analüüsiti IscB-ωRNA struktuuri ja selle DNA lõikamise mehhanismi.

Võrreldes IscB ja Cas9-ga puudub IsrB-l HNH nukleaasi domeen, REC-sagara ja enamik PAM-järjestusega interakteeruvaid domeene, seega on IsrB palju väiksem kui Cas9 (ainult umbes 350 aminohapet).IsrB väikest suurust tasakaalustab aga suhteliselt suur juht-RNA (selle oomega RNA on umbes 300 nt pikk).

Zhang Fengi meeskond analüüsis IsrB (DtIsrB) krüoelektronmikroskoobi struktuuri, mis pärineb niiske kuumusega anaeroobsest bakterist Desulfovirgula thermocuniculi ning selle ωRNA ja siht-DNA kompleksist.Struktuurianalüüs näitas, et IsrB valgu üldine struktuur jagas Cas9 valguga selgroogu.

Kuid erinevus seisneb selles, et Cas9 kasutab sihtmärgi tuvastamise hõlbustamiseks REC-sagarat, samas kui IsrB tugineb oma ωRNA-le, millest osa moodustab keerulise kolmemõõtmelise struktuuri, mis toimib nagu REC.

IsrB ja Cas9 struktuurimuutuste paremaks mõistmiseks RuvC-st evolutsiooni käigus võrdles Zhang Fengi meeskond Thermus thermophiluse RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 ja SpCas9 DNA-siduvaid struktuure.

IsrB ja selle ωRNA struktuurianalüüs selgitab, kuidas IsrB-ωRNA ühiselt tuvastab ja lõikab sihtmärk-DNA, ning annab aluse ka selle miniatuurse nukleaasi edasiseks arendamiseks ja konstrueerimiseks.Võrdlused teiste RNA-ga juhitavate süsteemidega toovad esile funktsionaalseid koostoimeid valkude ja RNA-de vahel, edendades meie arusaamist nende erinevate süsteemide bioloogiast ja evolutsioonist.

Lingid:

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