转座子相关核糖核蛋白TnpB是来自V型CRISPR系统的多种Cas12效应蛋白的祖先内切酶。考虑到它的小尺寸(408 aa)，研究工程TnpB是否可以用于有效的哺乳动物基因组编辑是很有兴趣的。

2024年1月27日，上海临港实验室胥春龙，辉大基因周英思以及新加坡国立大学的胡纯一实验室合作在Nature Communications 在线发表题为“Engineering a transposon-associated TnpB-ωRNA system for efficient gene editing and phenotypic correction of a tyrosinaemia mouse model”的研究论文，该研究展示了一种突破性的基因编辑技术，该技术不仅小巧高效，而且在临床应用方面展现了巨大潜力。这项技术的核心是一种名为TnpB的蛋白质，它源自一种被称为Deinococcus radiodurans 的极端耐辐射细菌。

首先，让我们简单回顾一下基因编辑技术的发展历程。自从CRISPR-Cas9系统被发现以来，基因编辑技术就像一把神奇的“分子剪刀”，为科学家们提供了修改DNA的强大工具。随后，研究者们又发现了CRISPR系统中的另一类蛋白质——Cas12，它们在基因编辑中也显示出了巨大潜力。然而，这些系统的一个主要挑战在于它们的大小。由于Cas9和Cas12蛋白质相对较大，它们在实际应用中的传递效率受到限制，尤其是在使用腺相关病毒（AAV）这类安全的基因传递系统时，最高载量仅为4.7千个碱基对长度。

现在，科学家们在TnpB上取得了重大进展。TnpB是一种与转座子相关的核糖核蛋白酶，被认为是多种Cas12效应蛋白的祖先。最引人注目的是，TnpB的大小仅为408个氨基酸残基，远小于Cas12蛋白质。这一特点使得TnpB成为基因编辑领域的新宠，因为它可以更容易地通过AAV系统传递。

在这项研究中，科学家们首先证明了来自Deinococcus radiodurans的TnpB（ISDra2 TnpB）在小鼠胚胎中的基因编辑活性已经高于之前发现的小型Cas12f1蛋白。更重要的是，通过对TnpB相关的非编码RNA（ωRNA或reRNA）进行逐步工程改造，他们显著提高了TnpB的核酸酶活性。

最激动人心的发现是，经过优化的TnpB-ωRNA系统可以通过单次AAV注射高效地在体内传递，并在酪氨酸血症模型小鼠中纠正了疾病表型。这一结果不仅证明了TnpB系统在基因编辑中的有效性，而且展示了其在治疗遗传性疾病方面的巨大潜力。

TnpB相关ωRNA的逐步工程化提高了基因编辑效率（图源自Nature Communications ）

这一发现开启了基因编辑技术的新篇章。与传统的CRISPR-Cas系统相比，TnpB不仅体积更小，传递效率更高，而且在安全性和精确性方面也显示出了优势。这意味着在不久的将来，我们可能会看到更多基于TnpB的基因治疗策略，用于治疗各种遗传性疾病，甚至可能包括一些目前难以治愈的疾病。

总的来说，这项研究不仅是科学界的一次突破，也为患者带来了新的希望。随着这项技术的不断发展和完善，我们有理由相信，基因编辑将在未来的医学和生物科学领域发挥越来越重要的作用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45197-z

转自：“iNature”微信公众号

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