作为真核生物中的DNA切割酶，Fanzor，被寄以厚望，它有可能替代CRISPR/CAS，实现更加精确的基因编辑！

近日在Nature杂志上发布了一项研究。该论文描述了一种命名为Fanzor的蛋白。研究团队发现Fanzor蛋白可以使用RNA作为引导，去精确地切割DNA，并且Fanzor系统可以进行重新编程，用来人类细胞的基因组。

与CRISPR/Cas系统相比，Fanzor系统来得比较紧凑，应该更容易地作为治疗药物递送到细胞和组织中，如果可以进一步提高其靶向效率，那它可能成为人类基因编辑的新技术。

CRISPR/Cas最早是在原核生物（细菌和其他缺乏细胞核的单细胞生物）中发现的。一直以来，包括张锋在内的科学家们一直想知道真核生物中是否存在类似的系统。现在终于发现，RNA引导的DNA切割机制存在于所有生命细胞中。

寻找生命的领域

张锋实验室希望利用能够通过靶向特定基因和过程来调节人类细胞的系统来开发基因药物。“几年前，我们开始问，‘除了CRISPR之外还有什么，自然界中还有其他RNA可编辑系统吗?’”张锋说。

两年前，张锋实验室成员在原核生物中发现了一类名为OMEGAs的RNA可编程系统，这些系统通常与细菌基因组中的转座元件或“跳跃基因”相连，并可能产生CRISPR / Cas系统。这项工作还强调了真核生物中原核OMEGA系统和Fanzor蛋白之间的相似性，这表明Fanzor酶也可能使用RNA引导的机制来靶向和切割DNA。

在新的研究中研究员们继续研究RNA引导的系统，将Fanzors从真菌，藻类和变形虫以及一种称为Northern Quahog的蛤蜊中分离出来。张锋实验室的共同第一作者Makoto Saito主导了Fanzor蛋白的生化表征，表明它们是DNA切割核酸内切酶，使用附近的非编码RNA称为ωRNA来靶向基因组中的特定位点。这是第一次在真核生物（如动物）中发现这种机制。

与CRISPR蛋白不同，Fanzor酶编码在真核基因组的转座元件中，该团队进行的进化树分析表明，Fanzor基因通过“水平基因转移”从细菌迁移到真核生物。

“这些OMEGA系统更像是CRISPR的祖先，它们是地球上最丰富的蛋白质之一，因此它们能够在原核生物和真核生物之间来回跳跃是有道理的"

为了探索Fanzor作为基因组编辑工具的潜力，研究人员证明它可以在人类细胞内的目标基因组位点产生插入和缺失。研究人员发现，Fanzor系统最初在剪切DNA方面的效率低于CRISPR / Cas系统，但通过系统化改造，他们将突变引入蛋白中，使其活性增加了10倍。此外，与一些CRISPR系统和OMEGA蛋白TnpB不同，研究小组发现真菌衍生的Fanzor蛋白没有表现出“附带活性”，即RNA引导的酶切割其DNA靶标并降解附近的DNA或RNA。结果表明，Fanzors有可能被开发为有效的基因组编辑器。

共同第一作者Peiyu Xu领导了一项分析Fanzor/ωRNA复合物的分子结构的研究，并说明了它如何锁定DNA以切割它。Fanzor与其原核对应物CRISPR-Cas12蛋白具有结构相似性，但ωRNA和Fanzor催化域之间的相互作用更为广泛，这表明ωRNA可能在催化反应中发挥作用。这些研究帮助科学家们进一步设计和优化Fanzor，以提高基因组编辑的效率和精度。

与CRISPR系统一样，Fanzor系统可以很容易地重新编辑靶向基因位点，张锋说它有朝一日可以发展成为一种强大的新型基因组编辑技术，用于研究和治疗应用。像Fanzors这样的RNA引导的核酸内切酶的丰度进一步扩大了生命王国中已知的OMEGA系统的数量，并表明还有更多尚未发现。

“大自然是惊人的。有如此多的多样性，“ 张锋说：“可能有更多的RNA可编辑系统，我们正在继续探索，并希望发现更多。

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图中是Fanzor蛋白（灰色、黄色、浅蓝色和粉色）与ωRNA（紫色）及其目标DNA（红色）复合的冷冻电镜图。非目标DNA链呈蓝色。图片来源：麻省理工学院

美国麻省理工学院麦戈文脑研究所、麻省理工学院博德研究所和哈佛大学张锋团队在真核生物中发现了第一个可编程的RNA引导系统。29日发表于《自然》杂志上的论文称，这种基于Fanzor蛋白的系统能对人类基因组进行编辑，类似于CRISPR的基因编辑系统。与CRISPR-Cas系统相比，Fanzor蛋白系统更精准，有望成为被递送至人类细胞的新型基因编辑工具。

研究表明，RNA引导的DNA切割机制存在于包括真核生物在内的所有生命王国。张锋表示，这个新系统是对人类细胞进行精确改变的另一种方式，补充了已有的基因组编辑工具。

两年前，团队成员在原核生物中发现了一类名为OMEGA的RNA可编程系统，这种系统通常与细菌基因组中的转座元件或“跳跃基因”相关联，并可能产生CRISPR-Cas系统。这项研究还突显了原核生物OMEGA系统和真核生物中Fanzor蛋白之间的相似之处，表明Fanzor蛋白可能也使用RNA引导的机制来靶向和切割DNA。

在这项研究中，研究人员从真菌、藻类和变形虫物种以及北圆蛤中均分离出Fanzor蛋白。Fanzor蛋白的生化特征研究结果表明，它们是切割DNA的核酸内切酶，使用附近的非编码RNA（即ωRNA）来靶向基因组中的特定位置。这是第一次在动物等真核生物中发现这种机制。

进一步研究发现，Fanzor蛋白可对人类细胞基因组的特定位点进行靶向的插入与缺失编辑，证明了Fanzor蛋白作为基因组编辑工具的潜力。

研究人员通过工程化技术，在蛋白质中引入了一系列突变，使其活性增加了10倍。此外，Fanzor蛋白没有显示出“附带活性”，即当RNA引导内切酶切割DNA时，会同时降解邻近的DNA或RNA。这些结果表明，Fanzor蛋白有可能被开发为高效的基因组编辑程序。

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