ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการตัดต่อยีนโดยใช้ CRISPR ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว และประสบความสำเร็จในการนำไปใช้กับการรักษาโรคทางพันธุกรรมและมะเร็งในการทดลองทางคลินิกในมนุษย์ในขณะเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกก็ใช้เครื่องมือใหม่ๆ ที่มีศักยภาพในการแก้ไขยีนอย่างต่อเนื่อง เพื่อแก้ปัญหาของเครื่องมือแก้ไขยีนที่มีอยู่และการตัดสินใจที่เด็ดขาด

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2564 ทีมงานของ Zhang Feng ได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Science [1] และพบว่า transposters หลากหลายชนิดเข้ารหัส RNA นำทางเอ็นไซม์กรดนิวคลีอิก และตั้งชื่อระบบนี้ว่า Omega system (รวมถึง ISCB, ISRB, TNP8)การศึกษายังพบว่าระบบ Omega ใช้ส่วนของ RNA เพื่อเป็นแนวทางการตัด DNA dual chain ซึ่งก็คือ ωRNAที่สำคัญกว่านั้น เอ็นไซม์กรดนิวคลีอิกเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก เพียงประมาณ 30% ของ CAS9 ซึ่งหมายความว่ามีแนวโน้มที่จะส่งไปยังเซลล์ได้มากกว่า

เมื่อวันที่ 12 ตุลาคม พ.ศ. 2565 ทีมงานของ Zhang Feng ได้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เรื่อง: Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2]

การศึกษาวิเคราะห์เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบเยือกแข็งของ ISRB-ωRNA และคอมเพล็กซ์ DNA เป้าหมายในระบบโอเมก้า

ISCB เป็นบรรพบุรุษของ CAS9 และ ISRB เป็นเป้าหมายเดียวกันของการขาดโดเมนกรดนิวคลีอิก HNH ของ ISCB ดังนั้นขนาดจึงเล็กลง มีกรดอะมิโนประมาณ 350 ตัวเท่านั้นดีเอ็นเอยังเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาและการเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรมต่อไป

IsrB ที่นำด้วย RNA เป็นสมาชิกของตระกูล OMEGA ที่เข้ารหัสโดย superfamily ของ IS200/IS605 ของ transposonsจากการวิเคราะห์สายวิวัฒนาการและโดเมนเฉพาะที่ใช้ร่วมกัน IsrB น่าจะเป็นสารตั้งต้นของ IscB ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของ Cas9

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2565 Lovely Dragon Laboratory ของมหาวิทยาลัยคอร์เนลได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Science [3] โดยวิเคราะห์โครงสร้างของ IscB-ωRNA และกลไกการตัดดีเอ็นเอ

เมื่อเปรียบเทียบกับ IscB และ Cas9 แล้ว IsrB ขาดโดเมน HNH nuclease, REC lobe และโดเมนที่โต้ตอบกับลำดับ PAM ส่วนใหญ่ ดังนั้น IsrB จึงมีขนาดเล็กกว่า Cas9 มาก (กรดอะมิโนประมาณ 350 ตัวเท่านั้น)อย่างไรก็ตาม ขนาดที่เล็กของ IsrB ได้รับความสมดุลด้วย RNA ไกด์ที่ค่อนข้างใหญ่ (omega RNA ของมันมีความยาวประมาณ 300 nt)

ทีมของ Zhang Feng วิเคราะห์โครงสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบใช้ความเย็นของ IsrB (DtIsrB) จากแบคทีเรีย Desulfovirgula thermocuniculi ที่อาศัยความร้อนชื้นและคอมเพล็กซ์ของ ωRNA และ DNA เป้าหมายการวิเคราะห์โครงสร้างแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างโดยรวมของโปรตีน IsrB ใช้โครงสร้างกระดูกสันหลังร่วมกันกับโปรตีน Cas9

แต่ความแตกต่างคือ Cas9 ใช้ REC lobe เพื่ออำนวยความสะดวกในการจดจำเป้าหมาย ในขณะที่ IsrB อาศัย ωRNA ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนซึ่งทำหน้าที่เหมือน REC

เพื่อทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ IsrB และ Cas9 ระหว่างวิวัฒนาการจาก RuvC ให้ดียิ่งขึ้น ทีมของ Zhang Feng ได้เปรียบเทียบโครงสร้างที่จับกับ DNA เป้าหมายของ RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 และ SpCas9 จาก Thermus thermophilus

การวิเคราะห์โครงสร้างของ IsrB และ ωRNA ทำให้ชัดเจนว่า IsrB-ωRNA ร่วมกันจดจำและแยก DNA เป้าหมายได้อย่างไร และยังเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาและวิศวกรรมต่อไปของนิวคลีเอสขนาดจิ๋วนี้การเปรียบเทียบกับระบบ RNA-guided อื่น ๆ เน้นการทำงานร่วมกันระหว่างโปรตีนและ RNA ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจชีววิทยาและวิวัฒนาการของระบบที่หลากหลายเหล่านี้มากขึ้น

ลิงค์:

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