CAST基因編輯系統內源轉錄調控機制揭示

記者2月20日從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱中科院青島能源所）獲悉，該所與德國弗萊堡大學相關團隊合作，證實V-K型CRISPR相關轉座酶（CAST）基因編輯系統在原生宿主藍細菌中受控于一類新型MerR-type轉錄調控因子CvkR，揭示了CAST基因編輯系統的內源轉錄調控機制。該研究對CAST系統原型工作模式的認識和基因編輯工具的開發優化具有重要意義，相關成果發表于《自然·通訊》。

CRISPR-Cas基因編輯技術是本世紀頗具影響力的顛覆性創新技術，其發明者榮獲2020年諾貝爾化學獎。當前已開發CRISPR-Cas基因編輯工具多依賴於靶點DNA雙鏈切割，並需借助宿主自身的同源重組或者非同源末端連接DNA修復ST系統實現基因編輯，故該項技術存在脫靶效應和編輯效率低等瓶頸問題，限制了其在人類疾病治療等關鍵領域的應用。開發更高效精準的、無需DNA雙鏈斷裂的基因編輯工具是該領域亟待解決的問題。

CAST系統可借助轉座機制而非DNA雙鏈斷裂實現基因的靶向整合插入，在精準、多重、無痕編輯及大片段刪除、插入等方向表現出巨大應用潛力，引起領域內多個頂尖團隊的重點關注，但研究方向尚局限于其基因編輯能力的應用探索和核心組分蛋白結構的解析，對其內源調控機理知之甚少。

中科院青島能源所與德國弗萊堡大學相關團隊合作，選擇了一類可以進行遺傳操作的絲狀藍細菌魚腥藻PCC 7120作為研究模式。基於全局性生物資訊學分析，研究團隊證實CvkR基因在藍細菌CAST系統中廣泛存在，並通過遺傳學分析證實CvkR在原生宿主中抑制CAST核心組分的表達。研究還借助生化實驗，深度解析了CvkR靶標啟動子的序列特徵。研究人員介紹，該研究為未來新型位點特異性轉座型基因編輯工具的開發奠定了重要的理論基礎。