近日，我校肖易倍/陳美容/陸美玲團隊在長片段基因敲除工具的機制和開發方向取得研究進展，成果分別發表于一流期刊Cell Research(IF: 28.1)和權威期刊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控和某些疾病的發生發展至關重要。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引導下于基因特定位點產生雙鏈DNA斷裂，細菌中還存在一些由核酸酶和解旋酶偶聯的蛋白，可在其解旋酶的帶動下，由核酸酶對DNA進行持續切割，最終實現長片段的DNA敲除。
I型CRISPR-Cas系統是數量最多的1類系統，分為I-A到I-G7種亞型。這類系統利用多亞基效應復合物Cascade和解旋酶-核酸酶Cas3靶向和降解外源核酸。陸美玲、肖易倍聯合深圳市第三人民醫院楊振煌博士共同通訊在Nature Communications發表題為“Structure and genome editing of type I-B CRISPR-Cas”的研究論文，揭示了該系統PAM和靶DNA識別，以及R環形成后效應復合物局部構象變化的分子機制。該研究進一步利用mRNA遞送，表征了這種I-B型Cascade-Cas3在人CD3+T細胞中的基因編輯能力，對TRAC位點造成單向4.5kb的缺失，編輯效率可達41.2%。本工作為利用I-B系統在人T細胞中進行長片段基因敲除奠定了基礎。
許多細菌中還存在一種DdmDE防御系統用于消除質粒。陳美容、肖易倍共同通訊在Cell Research發表題為“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防御系統的作用機制。研究表明，DdmDE系統的機制與I型CRISPR-Cas系統的分子機制有顯著的相似和不同之處。在I型CRISPR-Cas系統中，RNA引導多亞基效應復合物Cascade將解旋酶-核酸酶融合蛋白Cas3招募到靶向DNA鏈上。而DdmDE系統中，DNA引導單亞基的Argonaute蛋白DdmE來招募螺旋酶-核酸酶DdmD靶向質粒DNA。相較于I型CRISPR-Cas系統，DdmDE系統利用DNA向導且組成更為簡單，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基金創新研究群體項目（No. 82321005）、國家重點研發計劃（No.2018YFA0902000）、科技創新2030重大項目（No. ZX-2021ZD0203404），國家自然科學基金（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：藥學院、生命科學與技術學院，撰寫人：肖星宇，審稿人：劉帆）