2023年张锋发表4篇Nature，Science及Cell

RNA引导系统利用引导RNA和靶核酸序列之间的互补性来识别遗传元件，在原核生物和真核生物的生物过程中都起着核心作用。例如，原核CRISPR-Cas系统为细菌和古细菌提供了对外来遗传因子的适应性免疫。Cas效应物，如Cas9和Cas12，执行引导RNA依赖的DNA切割。虽然目前已经研究了一些真核生物RNA引导系统，如RNA干扰和核糖体RNA修饰，但真核生物是否有RNA引导的内切酶仍不清楚。

最近报道了一类新的原核生物RNA引导系统(称为OMEGA)。OMEGA效应物TnpB被认为是Cas12的始祖，具有RNA引导的内切酶活性。TnpB也可能是真核转座子编码的Fanzor (Fz)蛋白的祖先，这提高了真核生物也配备CRISPR-Cas/OMEGA样可编程RNA引导内切酶的可能性。

2023年6月28日，博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease”的研究论文，该研究报告了Fz的生化特性，表明它是一种RNA引导的DNA内切酶。该研究还表明Fz可以被重新编程用于人类基因组工程应用。该研究利用冷冻电镜分析了Spizellomyces punctatus Fz (SpuFz)在2.7Å的结构，揭示了Fz、TnpB和Cas12之间的核心区域的保守性，尽管同源RNA结构不同。总之，该研究结果表明Fz是真核生物的OMEGA系统，表明RNA引导的内切酶存在于生命的所有三个领域。

另外，2023年4月6日，博德研究所张锋团队在Science 在线发表题为“Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription”的研究论文，该研究报道了Bombyx mori R2 non-LTR逆转录转座子在其核糖体DNA靶点处启动TPRT的冷冻电子显微镜结构。目标DNA序列在插入位点被解开，并被上游基序识别。逆转录酶(RT)结构域的延伸识别逆转录转座子RNA，并引导3 '端进入RT活性位点以模板逆转录。该研究使用Cas9在体外将R2重定向到非原生序列，这表明未来可以作为一种基于可重编程RNA的基因插入工具（点击阅读）。

2023年3月29日，博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system”的研究论文，该研究发现Photorhabdus毒力盒(PVC)——来自昆虫病原细菌Photorhabdus asymbiotica的eCIS——的目标选择是由PVC尾纤维的远端结合元件对目标受体的特异性识别介导的。在尾巴纤维的结构引导工程中，该研究表明PVC可以被重新编程，以靶向这些系统不天然靶向的生物(包括人类细胞和小鼠)，效率接近100%。最后，该研究发现PVC可以装载不同的蛋白质载荷，包括Cas9、碱基编辑器和毒素，并可以将它们功能性地输送到人类细胞中。总之，该研究结果表明PVC是一种可编程的蛋白质传递装置，可能应用于基因治疗、癌症治疗和生物控制（点击阅读）。

2023年1月5日，博德研究所/哈佛医学院/麻省理工学院张锋团队在Cell在线发表题为“A transcription factor atlas of directed differentiation”的研究论文，为了全面了解TF及其控制的程序，该研究创建了一个包含所有注释的人类TF剪接异构体的条形码库(> 3500)，并将其应用于构建TF图谱，以单细胞分辨率绘制过表达每个TF的人类胚胎干细胞(hESCs)的表达谱。该研究将TF诱导的表达谱映射到参考细胞类型，并验证候选TF用于生成不同的细胞类型，涵盖所有三个胚层和滋养层。具有库子集的靶向筛选使研究人员能够创建定制的细胞疾病模型，并整合mRNA表达和染色质可及性数据，以识别下游调控因子。最后，该研究通过开发和验证一种预测TF组合的策略来描述组合TF过表达的影响，该策略产生匹配参考细胞类型的目标表达谱，以加速细胞工程工作（点击阅读）。

2013年有报道称，Fanzor (Fz)是一种由转座因子(TE)编码的真核TnpB-IS200/ IS605样蛋白，最初认为Fzs(和原核TnpBs)可能通过甲基转移酶活性调节TE活性。最近，TnpB被报道为一类新的RNA引导系统的一部分，称为OMEGA(专性移动元素引导活性，Obligate Mobile Element-guided Activity)。

OMEGA系统包含一个RNA引导的内切酶蛋白(即TnpB, IscB, IsrB)和一个从转座子端区转录的非编码RNA (ncRNA)(称为ωRNA)。OMEGA系统是CRISPR-Cas系统的祖先，TnpB进化成单RNA引导的内切酶Cas12。TnpB与Fz具有远程同源性。这些发现提高了Fz可能是真核型CRISPR-Cas/OMEGA系统的可能性。

文章模式图（图源自Nature ）

通过结合系统基因组学、生化和结构研究，该研究试图确定Fz的酶活性和机制，并对其进行重编程，用于人类基因组编辑。该研究报告了Fz的生化特性，表明它是一种RNA引导的DNA内切酶。该研究还表明Fz可以被重新编程用于人类基因组工程应用。

该研究利用冷冻电镜分析了Spizellomyces punctatus Fz (SpuFz)在2.7Å的结构，揭示了Fz、TnpB和Cas12之间的核心区域的保守性，尽管同源RNA结构不同。总之，该研究结果表明Fz是真核生物的OMEGA系统，表明RNA引导的内切酶存在于生命的所有三个领域。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06356-2

转自：“iNature”微信公众号

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