近日，我校肖易倍/陳美容/陸美玲團(tuán)隊(duì)在長片段基因敲除工具的機(jī)制和開發(fā)方向取得研究進(jìn)展，成果分別發(fā)表于一流期刊Cell Research(IF: 28.1)和權(quán)威期刊Nature Communications(IF: 14.7)。
超過98％的人類基因組是非編碼序列，這些順式作用元件對基因調(diào)控和某些疾病的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。然而，由于缺乏合適的長片段基因敲除工具，目前絕大部分的長片段非編碼序列的功能尚未闡明。不同于Cas9這類基因編輯工具在RNA引導(dǎo)下于基因特定位點(diǎn)產(chǎn)生雙鏈DNA斷裂，細(xì)菌中還存在一些由核酸酶和解旋酶偶聯(lián)的蛋白，可在其解旋酶的帶動下，由核酸酶對DNA進(jìn)行持續(xù)切割，最終實(shí)現(xiàn)長片段的DNA敲除。
I型CRISPR-Cas系統(tǒng)是數(shù)量最多的1類系統(tǒng)，分為I-A到I-G7種亞型。這類系統(tǒng)利用多亞基效應(yīng)復(fù)合物Cascade和解旋酶-核酸酶Cas3靶向和降解外源核酸。陸美玲、肖易倍聯(lián)合深圳市第三人民醫(yī)院楊振煌博士共同通訊在Nature Communications發(fā)表題為“Structure and genome editing of type I-B CRISPR-Cas”的研究論文，揭示了該系統(tǒng)PAM和靶DNA識別，以及R環(huán)形成后效應(yīng)復(fù)合物局部構(gòu)象變化的分子機(jī)制。該研究進(jìn)一步利用mRNA遞送，表征了這種I-B型Cascade-Cas3在人CD3+T細(xì)胞中的基因編輯能力，對TRAC位點(diǎn)造成單向4.5kb的缺失，編輯效率可達(dá)41.2%。本工作為利用I-B系統(tǒng)在人T細(xì)胞中進(jìn)行長片段基因敲除奠定了基礎(chǔ)。
許多細(xì)菌中還存在一種DdmDE防御系統(tǒng)用于消除質(zhì)粒。陳美容、肖易倍共同通訊在Cell Research發(fā)表題為“The mechanism of bacterial defense system DdmDE from Lactobacillus casei”的研究論文，闡明了乳桿菌來源的DdmDE防御系統(tǒng)的作用機(jī)制。研究表明，DdmDE系統(tǒng)的機(jī)制與I型CRISPR-Cas系統(tǒng)的分子機(jī)制有顯著的相似和不同之處。在I型CRISPR-Cas系統(tǒng)中，RNA引導(dǎo)多亞基效應(yīng)復(fù)合物Cascade將解旋酶-核酸酶融合蛋白Cas3招募到靶向DNA鏈上。而DdmDE系統(tǒng)中，DNA引導(dǎo)單亞基的Argonaute蛋白DdmE來招募螺旋酶-核酸酶DdmD靶向質(zhì)粒DNA。相較于I型CRISPR-Cas系統(tǒng)，DdmDE系統(tǒng)利用DNA向?qū)医M成更為簡單，有潛力被改造成新型的長片段基因敲除工具。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（No. 82321005）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2018YFA0902000）、科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目（No. ZX-2021ZD0203404），國家自然科學(xué)基金（No.82473977，32471316，32271330）的支持。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-48598-2
https://www.nature.com/articles/s41422-024-01042-y
（供稿單位：藥學(xué)院、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，撰寫人：肖星宇，審稿人：劉帆）
