“自然”双重磅：下一代基因组编辑技术诞生

原创 代丝雨 奇点网

*仅供医学专业人士阅读参考参考。

继RNA之后（RNAi）在CRISPR之后，我们将迎来RNA引导的第三种基因编辑技术。

这被称为桥接RNA。（bridge RNA）编辑部件可以在两个DNA分子之间直接重新排列特异性(插入、切除和倒置)。该编辑系统具有高度的可编程性，理想情况下可以指定随机靶序列和想要插入的DNA序列。

该研究发表在《自然》杂志上，同时发表的另一篇论文通过冷冻电镜技术详细介绍了桥接RNA工作过程的结构变化。

Patrick，两篇论文的共同通信作者。 作为一名来自加州大学伯克利分校的学者，Hsu曾师从张锋，参加了与CRISPR-Cas9相关的工作。

以前的基因编辑技术很难实现基因组中长DNA序列的安全有效的编辑。毫不夸张地说，桥接RNA可能会像老师的CRISPR一样，给基因工程技术带来未来十年的飞跃。

论文题图

常规DNA重组酶通过蛋白质-DNA的相互作用来识别DNA序列，这个识别过程非常复杂，很难在不同的DNA序列中得到广泛的应用。熟悉基因编辑技术发展过程的读者应该对RNA引导的CRIPSR有多简洁精致，而不是以蛋白质为核心的TALEN和锌指。

研究人员将注意力集中在移动遗传元件上，以寻找实用的基因组重排工具。（MGEs）事实上，它是一种天然的基因组操作工具，并已为我们提供了Cas9、Cas12等科研工具。

研究人员关注的是MGEs中最小的部件之一，插入序列（IS）。IS110家族可以从基因组中切除自己，形成特殊的环状结构，具有转座活性。

基本结构和功能机理IS110

研究人员对此进行了分析，发现IS110编码为300-460个氨基酸的重组酶，并结合了一个特殊的非编码RNA(ncRNA)。这个ncRNA是IS110转换活动的关键。

进一步分析数据显示，ncRNA有两个特殊的环形结构，一个负责与供体DNA相结合，另一个负责与目标DNA相结合。供体结合环和目标结合环的结构相似，上下两段分别与DNA的两个链条相匹配，两个序列有两个核苷酸的核心，使其能够上下对齐。

研究人员将这种特殊的ncRNA命名为桥接RNA。

桥梁RNA结构

令人兴奋的是，研究人员发现，桥接RNA的供体结合环和目标结合环可以完全编程。这意味着我们可以通过更换桥接RNA来编辑我们想要修改的任意DNA序列。

研究人员对IS110家族成员IS621的插入编辑性能进行了测试，选择了22bp的供体序列，在大肠杆菌基因组中观察到了173个插入位点，其中74.5%(129)与靶序列相匹配。

在特异性方面，研究人员测试了大肠杆菌中仅存在一次的四个靶序列，并制定了两个不同长度的桥接RNA右靶指导。（RTG），短RTG 长RTG4bp 7bp。

试验数据显示，匹配插入效率在51.6%至94%之间，长RTG的特异性明显较高，平均特异性为84.9%，远高于短RTG的69.4%。与此同时，长RTG的脱靶点也明显下降。

研究人员还参照Cre/LoxP的思路制定了桥接RNA，用于切除和倒置，并在实验中验证了功能。

切除和倒置

目前，桥接RNA只能在大肠杆菌中验证功能，下一步关键是能否在哺乳动物和其他生物细胞中发挥作用。考虑到过去的经验，装饰IS100转座酶的广泛应用概率并不低。

桥接RNA系统的关键优点是可以在不释放切割DNA片段的情况下直接连接两条DNA链，这是现有技术无法跨越的局限性。这将为基因组设计打开一扇新的大门。

参考资料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07552-4

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07570-2

[3]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01461-2

[4]https://arcinstitute.org/news/news/bridge

这篇文章的作者是代丝雨

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