基因編輯是生物學領域的最新突破之一。廣為人知的CRISPR-Cas基因編輯系統(tǒng)為原核生物(缺乏細胞核的生物)提供了對抗外源DNA的免疫力。自從發(fā)現(xiàn)CRISPR基因編輯技術以來，科學家們揭示了CRISPR- cas蛋白質從其前體進化而來的過程。這些知識將幫助他們開發(fā)其他用于基因治療的小型新型基因組編輯工具。

在東京大學，Osamu Nureki教授的團隊致力于識別參與基因組編輯的蛋白質的結構和功能。在該團隊最近的一項研究中，他們發(fā)現(xiàn)了一種名為TnpB的蛋白質的3D結構，TnpB可能是CRISPR-Cas12酶的前體。他們的研究結果發(fā)表在《自然》雜志上。

先前的研究表明，TnpB蛋白可能像一把分子剪刀，在一種叫做ωRNA的特殊非編碼RNA的幫助下切割DNA。但RNA引導的DNA切割是如何工作的，以及它與Cas12酶的進化關系尚不清楚，這促使Nureki實驗室進行了研究。他們理解的第一步也是最關鍵的一步是揭示蛋白質的結構。

為了確定TnpB的三維結構，研究人員從一種叫做Deinococcus radiodurans的細菌中提取了TnpB蛋白質，并使用了冷凍電子顯微鏡。在冷凍電子顯微鏡技術中，使用液氮將蛋白質樣本冷卻到-196°C，并用電子束照射，揭示了蛋白質的3D結構。

研究小組發(fā)現(xiàn)TnpB中的ωRNA具有獨特的偽結形狀，類似于Cas12酶的引導RNA。研究還揭示了TnpB如何識別ωRNA并切割目標DNA。當他們將這種蛋白質的結構與Cas12酶進行比較時，他們了解到TnpB可能進化為CRISPR-Cas12酶的兩種可能方式。

該研究論文的第一作者之一Ryoya Nakagawa說:“我們的發(fā)現(xiàn)提供了對TnpB功能的機制見解，并推進了我們對TnpB蛋白質到CRISPR-Cas12效應物進化的理解?！彼a充說，在未來，“我們將探索基于tnpb的基因編輯技術的潛在應用?！?/p>