《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
继RNA干扰（RNAi）和CRISPR之后，我们将迎来第三种RNA引导的基因编辑技术了。
这种被命名为桥接RNA（bridge RNA）的编辑组件可以直接在两个DNA分子之间进行序列特异性重排（插入、切除、倒置）。该编辑系统有高度的可编程性，理想情况下可以指定任意靶序列和要插入的DNA序列。
该研究发表在《自然》杂志上，同期发表的另外一篇论文则通过冷冻电镜技术详解了桥接RNA工作过程的结构变化。
两篇论文的共同通讯作者Patrick Hsu是一名来自加州大学伯克利分校的学者，他曾师从张锋，参与了CRISPR-Cas9相关的工作。
对基因组中的长DNA序列实行安全有效的编辑，这是此前的基因编辑技术难以达到的。不夸张地说，桥接RNA或许会如同师辈的CRISPR，为基因工程技术带来下一个十年的飞跃。
论文题图
常规DNA重组酶通过蛋白质-DNA相互作用来识别DNA序列，这一识别过程非常复杂，难以广泛应用于不同的DNA序列。熟悉基因编辑技术发展历史的读者们应该有印象，相较以蛋白质为核心的TALEN和锌指，RNA引导的CRIPSR显得有多么简洁精妙。
为了寻找好用的基因组重排工具，研究者们将目光放到了移动遗传元件（MGEs）上，它是天然的基因组操作工具，而且已经为我们贡献了诸如Cas9和Cas12等科研利器。
研究者关注的是MGEs中最小的元件之一，插入序列（IS）。IS110家族可将自身从基因组中切除、组成特殊的环状结构，具有转座活性。
IS110基本结构和作用机制
研究者对其进行了分析，发现IS110编码一个300-460个氨基酸的重组酶，且与一段特殊的非编码RNA（ncRNA结合）。这段ncRNA就是IS110转座活性的关键。
进一步分析结果显示，ncRNA具有两个特殊的环状结构，其一负责结合供体DNA，另一环则结合靶标DNA。供体结合环和靶标结合环的结构类似，上下两段分别与DNA的两条链配对，两段序列具有核心的两个核苷酸，使其能够上下对齐。
研究者将这种特殊的ncRNA命名为桥接RNA。
桥接RNA结构
令人兴奋的是，研究者发现，桥接RNA的供体结合环和靶标结合环都是可以完全编程的。这意味着通过更换桥接RNA，理论上我们就可以编辑我们想要修改的任意DNA序列。
研究者在大肠杆菌中测试了IS110家族成员IS621的插入编辑性能，选择了一个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）与靶序列匹配。
特异性上，研究者测试了4个仅在大肠杆菌中存在一次的靶序列，并设计了两个不同长度的桥接RNA右靶标向导（RTG），短RTG 4bp，长RTG 7bp。
实验结果显示，匹配的插入效率在51.6%到94%不等，长RTG的特异性明显更高，平均特异性84.9%，比短RTG的69.4%高出不少。同时，长RTG的脱靶位点也显著减少了。
研究者也参照Cre/LoxP的思路设计了用于切除和倒置的桥接RNA，并在实验中验证了功能。
切除和倒置
目前桥接RNA还仅在大肠杆菌中完成了功能验证，能否在哺乳动物等其他生物细胞中发挥作用是下一步的关键。考虑到既往经验，修饰IS100转座酶使其广泛应用的可能性并不低。
桥接RNA系统的关键优势在于可以直接连接两条DNA链，而不会释放切割下来的DNA片段，这是现有技术无法跨越的局限。这将为基因组设计敞开新的大门。
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
本文作者丨代丝雨
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网址: 《自然》双重磅：下一代基因组编辑技术诞生 https://m.huajiangbk.com/newsview787086.html
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