Au cours des dix dernières années, la technologie d'édition de gènes basée sur CRISPR s'est développée rapidement et a été appliquée avec succès au traitement des maladies génétiques et du cancer dans les essais cliniques humains.Dans le même temps, les scientifiques du monde entier exploitent constamment de nouveaux outils avec un potentiel d'édition de gènes pour résoudre les problèmes des outils d'édition de gènes existants et décisifs.

En septembre 2021, l'équipe de Zhang Feng a publié un article dans la revue Science [1] et a découvert qu'un large éventail de transposeurs codaient des enzymes d'acides nucléiques guidés par l'ARN et l'appelaient système Omega (y compris ISCB, ISRB, TNP8).L'étude a également révélé que le système Omega utilise une section d'ARN pour guider la double chaîne d'ADN coupante, à savoir l'ωARN.Plus important encore, ces enzymes d'acide nucléique sont très petites, seulement environ 30 % de CAS9, ce qui signifie qu'elles peuvent être plus susceptibles d'être délivrées aux cellules.

Le 12 octobre 2022, l'équipe de Zhang Feng a publié dans la revue Nature le titre : Structure of the Omega Nickase ISRB in Complex with ωrna and Target DNA [2].

L'étude a ensuite analysé la structure au microscope électronique congelée de l'ISRB-ωARN et du complexe d'ADN cible dans le système Omega.

ISCB est l'ancêtre de CAS9, et ISRB est le même objet de l'absence du domaine d'acide nucléique HNH d'ISCB, de sorte que la taille est plus petite, seulement environ 350 acides aminés.L'ADN fournit également la base d'un développement ultérieur et d'une transformation technique.

L'IsrB guidé par l'ARN fait partie de la famille OMEGA codée par la superfamille de transposons IS200/IS605.D'après l'analyse phylogénétique et les domaines uniques partagés, IsrB est probablement le précurseur d'IscB, qui est l'ancêtre de Cas9.

En mai 2022, le Lovely Dragon Laboratory de l'Université Cornell a publié un article dans la revue Science [3], analysant la structure de l'IscB-ωARN et son mécanisme de coupe de l'ADN.

Comparé à IscB et Cas9, IsrB n'a pas le domaine de la nucléase HNH, le lobe REC et la plupart des domaines interagissant avec la séquence PAM, donc IsrB est beaucoup plus petit que Cas9 (seulement environ 350 acides aminés).Cependant, la petite taille d'IsrB est compensée par un ARN guide relativement grand (son ARN oméga mesure environ 300 nt).

L'équipe de Zhang Feng a analysé la structure au microscope cryoélectronique d'IsrB (DtIsrB) de la bactérie anaérobie à chaleur humide Desulfovirgula thermocuniculi et de son complexe d'ARN ω et d'ADN cible.L'analyse structurale a montré que la structure globale de la protéine IsrB partageait une structure de squelette avec la protéine Cas9.

Mais la différence est que Cas9 utilise le lobe REC pour faciliter la reconnaissance de la cible, tandis qu'IsrB s'appuie sur son ωARN, dont une partie forme une structure tridimensionnelle complexe qui agit comme REC.

Pour mieux comprendre les changements structurels d'IsrB et de Cas9 au cours de l'évolution à partir de RuvC, l'équipe de Zhang Feng a comparé les structures cibles de liaison à l'ADN de RuvC (TtRuvC), IsrB, CjCas9 et SpCas9 de Thermus thermophilus.

L'analyse structurale d'IsrB et de son ωARN clarifie comment IsrB-ωARN reconnaît et clive conjointement l'ADN cible, et fournit également une base pour le développement et l'ingénierie ultérieurs de cette nucléase miniaturisée.Les comparaisons avec d'autres systèmes guidés par l'ARN mettent en évidence les interactions fonctionnelles entre les protéines et les ARN, faisant progresser notre compréhension de la biologie et de l'évolution de ces divers systèmes.

Liens:

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