2024年张锋团队迎来首篇Cell

Fanzor (Fz)是一种广泛存在于真核生物结构域的ωRNA引导内切酶，具有独特的基因编辑潜力。
2024年8月28日，麻省理工学院/博德研究所张锋团队在Cell在线发表题为“Structural insights into the diversity and DNA cleavage mechanism of Fanzor”的研究论文，该研究描述了来自三种不同生物的Fzs的结构。
研究发现，无论ωRNA的长度如何，Fzs都有一个共同的ωRNA交互界面，这在物种之间差异很大。该研究还揭示了Fz的DNA识别模式和解绕能力以及非规范催化位点的存在。这些结构展示了Fz的蛋白质构象如何移动，以允许双链DNA结合到R环内的活性位点。在机制上，不同状态下的结构检测表明RuvC结构域上的盖子环的构象受向导/DNA异双工的形成控制，调节核酸酶的激活和DNA双链在单切割位点的位移。
另外，2024年8月6日，博德研究所张锋团队在Molecular Cell 在线发表题为”Structural determinants of DNA cleavage by a CRISPR HNH-Cascade system“的研究论文，该研究描述了Selenomonas sp. HNH-Cascade (SsCascade)与靶DNA复合物的冷冻电镜结构，并表征了其作用机制。级联支架由HNH结构域补充，形成一个环状结构，其中未缠绕的目标DNA被精确地切割。这种结构可视化了两个可扩展生物系统的独特混合-cascade，可编程DNA效应物的进化平台，和HNH核酸酶，具有酶活性谱的自适应结构域（点击阅读）。
2024年6月11日，哈佛医学院/麻省理工学院/博德研究所张锋等团队合作在Mobile DNA在线发表题为“Internal initiation of reverse transcription in a Penelope-like retrotransposon”的研究论文，该研究利用从大肠杆菌中纯化的蛋白质，报道了从青色变色蜥(Anolis carolinensis)中提取的PLE的独特体外特性，揭示了其他逆转录转座子所不具有的机制方面。该研究发现逆转录是在转座子RNA的两个相邻位点上启动的，这两个位点与被切割的DNA不同源，这一特征反映在基因组的“尾巴”特征中，这是PLE之间共有的和独特的。该研究首次在体外激活了PLE，为理解PLE的动员和生物学提供了一个起点。
2024年5月29日，东京大学Osamu Nureki及博德研究所张锋等团队合作在Nature 在线发表题为“Structural basis for pegRNA-guided reverse transcription by a prime editor”的研究论文，该研究展示了SpCas9-M-MLV RTΔRNaseH-pegRNA-target DNA复合物在多种状态下的冷冻电镜结构。终止结构以及功能分析表明，M-MLV RT将逆转录延伸到预期位点之外，导致支架衍生的结合，从而在目标位点上引起不希望的编辑。对起始前、起始和延伸状态的结构比较表明，M-MLV RT在逆转录过程中相对于SpCas9保持一致的位置，而pegRNA合成的DNA杂化双链则沿着SpCas9表面建立。在结构见解的基础上，该研究合理地设计了pegRNA变体和先导编辑变体，其中M-MLV RT融合在SpCas9中。总的来说，该研究结果提供了对先导编辑逐步机制的结构性见解，并将为开发多功能先导编辑工具箱铺平道路。

Fanzor (Fz)是一种真核生物可编程ωRNA引导的内切酶。Fz和原核CRISPR-Cas12系统是从TnpB的不同变体进化而来的，TnpB是一种广泛存在的原核专性移动元素引导活性(OMEGA)系统。与Cas12一样，Fz家族也存在显著的多样性。Fzs主要存在于原口动物、藻类、真菌和单细胞真核生物中，分为两个不同的家族:Fz1和Fz2。Fz2在蛋白质水平上与TnpB具有很强的结构相似性，而Fz1则大得多，这暗示了它们可能具有不同的功能和机制。

为了在结构和功能水平上探索这种多样性，研究人员分析了来自真核生物两界不同物种的三种Fz1蛋白的冷冻电镜结构:Guillardia theta (GtFz1)(藻类)，Spizellomyces punctatus (SpuFz1)(真菌)和Parasitella parasitica (PpFz1) (mycoparasite)。Fz1s以不同的构象状态被捕获，形成了13种结构的集合。这些结构揭示了uRNA结合和DNA识别的共同和独特方面，为Fz1蛋白在其核酸内切酶活性中实现特异性和效率的多种机制提供了见解。

机理模式图（图源自Cell ）

对不同构象状态的研究揭示了Fz1蛋白的激活和切割机制，阐明了促进其作为ωRNA引导的内切酶功能的结构转变。总体而言，作者通过来自不同物种以及不同DNA结合构象的Fanzor蛋白结构分析，揭示了该家族蛋白的分子多样性，并揭示了Fanzor蛋白的激活机制。该研究不仅深化了领域对Fanzor家族分子机制的理解，也为未来基因编辑工具的设计提供了新的思路。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00844-4

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来源：iNature

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