CRISPR基因编辑新系统，首次实现不涉及同源重组的DNA定向插入

目前已经利用CRISPR技术，例如Cas9和Cas12，在基因组中产生靶向DNA双链断裂，然后通过内源DNA损伤修复途径来实现基因组编辑。虽然靶向DNA双链断裂后，通过同源重组或非同源末端连接可以实现Cas9切割后，目的DNA片段的精确整合，但这些过程效率低并且随细胞类型变化很大。

另外，目前已经开发了一种在DNA上进行点突变的替代方法，其依赖于使用无切割活性的Cas9募集胞嘧啶或腺嘌呤脱氨酶以实现基因组DNA的碱基编辑。然而，碱基编辑仅限于核苷酸取代，因此DNA片段有效靶向整合到基因组中仍然是当前主要挑战。

针对上述挑战，研究人员想利用生物自身有效的DNA插入机制，例如转座子等，来试图解决上述问题。CRISPR基因编辑技术领袖科学家张锋在Science 发表题为“RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases”的科研论文。此研究中研究人员深入探索了促进DNA转座的CRISPR-Cas分子生物工程方法。Cas9与DNA结合产生R-环结构，暴露底物给作用于单链DNA（ssDNA）酶。通过将切口酶Cas9（D10A）与来自幽门螺杆菌IS608的ssDNA转座酶TnpA连接，研究人员观察到在体外和大肠杆菌体内靶向DNA插入依赖于TnpA转座酶活性、Cas9 sgRNA以及ssDNA内插入位点的存在。

先前已经鉴定了许多缺乏活性核酸酶结构域的CRISPR-Cas系统，这些系统只能结合DNA靶序列而不能切割DNA，缺乏核酸酶结构域激发了人们探索关于这些CRISPR-Cas系统的生物学功能的问题。最近，报道了Tn7样转座子与亚型IF，亚型IB或亚型VK（以前称为V-U5）CRISPR-Cas系统之间的关联。CRISPR-Cas相关的Tn7样转座子含有tnsA，tnsB，tnsC和tniQ基因，类似于经典Tn7异源三聚体TnsABC复合物。Tn7通过两种替代途径靶向DNA，这两种途径分别由TnsD与TnsE介导，TnsD是识别Tn7附着位点的序列特异性DNA结合蛋白，TnsE的作用是促进目标序列转座到结合质粒或复制中的DNA。

Tn7样转座子和CRISPR-Cas系统之间的关联表明，转座子可能已经劫持了CRISPR效应子，在DNA靶位点产生R-环，并通过质粒或噬菌体促进转座子在基因组中的扩散。迄今为止，尚未报道编码的转座子CRISPR-Cas系统的功能数据。

本研究表明Tn7样转座子可以通过crRNA引导靶向到基因组目标位点，并阐明了crRNA引导的Tn7转座机制。此外，本研究进一步证明Tn7转座可以经重编程将目标DNA插入大肠杆菌的基因组中。

在大肠杆菌中ShCAST介导DNA片段插入基因组

总之，这项工作再此印证了CRISPR-Cas系统超出适应性免疫方面的新功能，该功能不需要Cas核酸酶活性，另外，本研究提供了不涉及同源重组途径的靶向插入DNA的新策略，具备在真核细胞进行基因组编辑的潜力。

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