Son on yılda, CRISPR'ye dayalı gen düzenleme teknolojisi hızla gelişti ve insan klinik deneylerinde genetik hastalıkların ve kanserin tedavisinde başarıyla uygulandı.Aynı zamanda, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, mevcut gen düzenleme araçlarının ve belirleyicilerinin sorunlarını çözmek için sürekli olarak gen düzenleme potansiyeline sahip yeni araçlardan yararlanıyorlar.

Eylül 2021'de Zhang Feng'in ekibi, Science dergisinde [1] bir makale yayınladı ve çok çeşitli transposterlerin RNA kılavuzlu nükleik asit enzimlerini kodladığını ve buna Omega sistemi (ISCB, ISRB, TNP8 dahil) adını verdiğini buldu.Çalışma aynı zamanda Omega sisteminin DNA çift zincirini kesmek için RNA'nın bir bölümünü, yani ωRNA'yı kullandığını buldu.Daha da önemlisi, bu nükleik asit enzimleri çok küçüktür, CAS9'un yalnızca yaklaşık %30'unu oluşturur, bu da onların hücrelere iletilme olasılıklarının daha yüksek olabileceği anlamına gelir.

12 Ekim 2022'de Zhang Feng'in ekibi Nature dergisinde şu başlığı yayınladı: Yapısı of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

Çalışma ayrıca ISRB-ωRNA'nın donmuş elektron mikroskobu yapısını ve Omega sistemindeki hedef DNA kompleksini analiz etti.

ISCB, CAS9'un atasıdır ve ISRB, ISCB'nin HNH nükleik asit alanının eksikliğiyle aynı nesnedir, bu nedenle boyut daha küçüktür, yalnızca yaklaşık 350 amino asittir.DNA ayrıca daha fazla geliştirme ve mühendislik dönüşümü için temel sağlar.

RNA kılavuzlu IsrB, IS200/IS605 transpozon üst ailesi tarafından kodlanan OMEGA ailesinin bir üyesidir.Filogenetik analiz ve paylaşılan benzersiz alanlardan, IsrB'nin Cas9'un atası olan IscB'nin öncüsü olması muhtemeldir.

Mayıs 2022'de Cornell Üniversitesi'nin Lovely Dragon Laboratuvarı, Science [3] dergisinde IscB-ωRNA'nın yapısını ve DNA'yı kesme mekanizmasını analiz eden bir makale yayınladı.

IscB ve Cas9 ile karşılaştırıldığında, IsrB'de HNH nükleaz alanı, REC lobu ve PAM dizisi etkileşimli alanların çoğu yoktur, bu nedenle IsrB, Cas9'dan çok daha küçüktür (yalnızca yaklaşık 350 amino asit).Bununla birlikte, IsrB'nin küçük boyutu nispeten büyük bir kılavuz RNA ile dengelenir (omega RNA'sı yaklaşık 300 nt uzunluğundadır).

Zhang Feng'in ekibi, nemli-ısı anaerobik bakteri Desulfovirgula thermocuniculi ve onun ωRNA ve hedef DNA kompleksinden IsrB'nin (DtIsrB) kriyo-elektron mikroskop yapısını analiz etti.Yapısal analiz, IsrB proteininin genel yapısının Cas9 proteini ile aynı omurga yapısını paylaştığını gösterdi.

Ancak fark, Cas9'un hedef tanımayı kolaylaştırmak için REC lobunu kullanması, IsrB'nin ise bir kısmı REC gibi davranan karmaşık bir üç boyutlu yapı oluşturan ωRNA'sına dayanmasıdır.

RuvC'den evrim sırasında IsrB ve Cas9'un yapısal değişikliklerini daha iyi anlamak için Zhang Feng'in ekibi, Thermus thermophilus'tan RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 ve SpCas9'un hedef DNA bağlayıcı yapılarını karşılaştırdı.

IsrB ve ωRNA'sının yapısal analizi, IsrB-ωRNA'nın hedef DNA'yı ortaklaşa nasıl tanıdığını ve böldüğünü açıklığa kavuşturur ve ayrıca bu minyatür nükleazın daha fazla geliştirilmesi ve mühendisliği için bir temel sağlar.Diğer RNA kılavuzlu sistemlerle yapılan karşılaştırmalar, proteinler ve RNA'lar arasındaki işlevsel etkileşimleri vurgulayarak, bu farklı sistemlerin biyolojisi ve evrimi konusundaki anlayışımızı ilerletiyor.

Bağlantılar:

1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6856

2.https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7220

3.https://www.nature.com/articles/s41586-022-05324-6