解析新型基因編輯工具IsrB的結構及切割DNA機制

該研究進一步解析了OMEGA系統(tǒng)中的IsrB-ωRNA和靶DNA的復合物的冷凍電鏡結構。 IscB是Cas9的祖先，而IsrB是IscB的缺少HNH核酸酶結構域的同系物，因此尺寸更小，僅有約350個氨基酸，這些系統(tǒng)結構的解析闡明了IsrB-ωRNA是如何共同識別并切割靶DNA的，也為進一步開發(fā)和工程化改造這一小型化核酸酶提供了基礎。 

RNA引導的IsrB是轉座子IS200/IS605超家族編碼的OMEGA家族成員，從系統(tǒng)發(fā)育分析和共享的獨特結構域來看，IsrB很可能是IscB的前身，而IscB是Cas9的祖先。 2022年5月，美國康奈爾大學可愛龍實驗室在 Science 期刊發(fā)表論文 【3】 ，解析了IscB-ωRNA的結構及其切割DNA的機制。

與IscB和Cas9相比，IsrB缺少HNH核酸酶結構域、REC lobe和大部分PAM序列相互作用域，因此，IsrB要比Cas9小得多（僅約為350個氨基酸）。然而，IsrB較小的體積被一個相對較大的向導RNA所平衡（其ωRNA長約300nt）。 

IsrB 張鋒團隊解析了來自濕熱厭氧菌 Desulfovirgula thermocuniculi 的IsrB（DtIsrB）及其ωRNA和靶DNA的復合物的冷凍電鏡結構。結構解析顯示，IsrB蛋白的整體結構與Cas9蛋白共享一個骨架結構。 但不同的是，Cas9使用REC lobe來促進對靶標的識別，而IsrB則依賴于它的ωRNA，ωRNA的一部分形成了一個復雜的三維結構，起到了類似于REC的作用。

IsrB -ωRNA-DNA復合體結構 為了更好地理解IsrB和Cas9從RuvC進化過程中的結構變化，張鋒團隊比較了來自嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus）的RuvC（TtRuvC）、IsrB、CjCas9和SpCas9的與靶DNA結合的結構。 

RuvC-IsrB-Cas9的結構進化 對IsrB及其ωRNA的結構分析，闡明了IsrB-ωRNA是如何共同識別并切割靶DNA的，也為進一步開發(fā)和工程化改造這一小型化核酸酶提供了基礎。 與其他RNA導向的系統(tǒng)的比較，突出了蛋白質(zhì)和RNA之間的功能相互作用，促進了我們對這些不同系統(tǒng)的生物學和進化的理解。