Arc研究所的科学家们发现了桥式重组酶机制，这是一种革命性的工具，可实现完全可编程的DNA重排。他们的发现详见最近发表在《自然》杂志上的文章，这是首个利用非编码RNA进行目标和供体DNA分子序列特异性选择的DNA重组酶。这种桥接RNA是可编程的，允许用户指定任何所需的基因组目标序列和任何要插入的供体DNA分子。
这项研究是与Arc研究所核心研究员、斯坦福大学生物化学助理教授SilvanaKonermann和东京大学结构生物学教授HiroshiNishimasu的实验室合作完成的。
基因编程新时代
该研究的资深作者、Arc研究所核心研究员、加州大学伯克利分校生物工程助理教授PatrickHsu博士说："桥式RNA系统是一种全新的生物编程机制。桥式重组可以通过序列特异性插入、切除、反转等方式普遍修改遗传物质，从而实现超越CRISPR的活体基因组文字处理器。"
桥式重组系统源于插入序列110（IS110）元件，它是无数种可转座元件（或称"跳跃基因"）中的一种，可在微生物基因组内部和之间进行剪切和粘贴。可转座元件遍布所有生命形式，并已进化成专业的DNA操作机器，以求生存。IS110元件非常简单，仅由一个编码重组酶的基因和侧翼DNA片段组成，而这些DNA片段直到现在仍是一个谜。
桥式RNA的先进机制
Hsu实验室发现，当IS110从基因组中切除时，非编码DNA的末端会连接在一起，产生一个折叠成两个环的RNA分子--桥接RNA。其中一个环路与IS110元本身结合，而另一个环路则与插入IS110元的目标DNA结合。桥接RNA是双特异性引导分子的第一个例子，它通过碱基配对相互作用指定目标DNA和供体DNA的序列。
桥接RNA的每个环路都可独立编程，研究人员可以将感兴趣的目标DNA序列与供体DNA序列混合匹配。这意味着该系统可以远远超越其插入IS110元件本身的天然作用，而是能够将任何理想的基因载荷（如有缺陷的致病基因的功能拷贝）插入到任何基因组位置。在这项工作中，研究小组证明，在大肠杆菌中插入所需基因的效率超过60%，对正确基因组位置的特异性超过94%。
共同第一作者、加州大学伯克利分校生物工程研究生尼克-佩里（NickPerry）说："这些可编程桥接RNA将IS110与其他已知重组酶区分开来，后者缺乏RNA成分，无法进行编程。就好像桥接RNA是一个通用电源适配器，能让IS110与任何插座兼容"。
合作研究和未来影响
Hsu实验室与东京大学HiroshiNishimasu博士实验室的合作补充了他们的发现，这一发现也于6月26日发表在《自然》杂志上。Nishimasu实验室利用低温电子显微镜确定了与目标DNA和供体DNA结合的重组酶桥RNA复合物的分子结构，并依次对重组过程的关键步骤进行了分析。
随着进一步的探索和发展，桥接机制有望开创第三代RNA引导系统，超越CRISPR和RNA干扰（RNAi）的DNA和RNA切割机制，为可编程DNA重排提供统一机制。对于哺乳动物基因组设计桥式重组系统的进一步发展至关重要的是，桥式重组酶可以连接两条DNA链，而不会释放切割DNA片段--这避开了当前最先进基因组编辑技术的一个关键局限。
"桥式重组机制解决了其他基因组编辑方法所面临的一些最基本的挑战，"研究共同负责人、Arc公司资深科学家马修-达兰特（MatthewDurrant）说。"可编程地重新排列任意两个DNA分子的能力为基因组设计的突破打开了大门"。
编译自/ScitechDaily