基因是遺傳物質(zhì)的載體，定義了生命的多樣性和復(fù)雜性。基因編輯是理解和改造生命的關(guān)鍵技術(shù)，為人類解決多個領(lǐng)域的諸多難題提供了新思路和新方法。 基于 CRISPR/Cas 系統(tǒng)的基因編輯及其衍生技術(shù)在功能機(jī)制研究、基因治療及動植物育種等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而大部分 CRISPR 蛋白尺寸較大（如 Cas9/Cas12 通常大于 1000 個氨基酸），難以實現(xiàn)單個腺相關(guān)病毒 AAV （～ 4.7kb ）的包裝遞送，限制了其在體內(nèi)編輯的高效應(yīng)用。近年來， Cas12f 、 Cas12n 、 OMEGA （ TnpB/IscB ）等 由 RNA 引導(dǎo)的微型 基因編輯工具陸續(xù) 被 發(fā)現(xiàn) ，推動了基因編輯工具邁入 “ 小型化 ” 時代 。 張鋒團(tuán)隊通過重建 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)部分微生物基因組中的轉(zhuǎn)座子存有一類新的 RNA 引導(dǎo)核酸酶，被命名為 “OMEGA( Obligate Mobile Element Guided Activity) ” 系統(tǒng) ，并 證實其中源自真核生物 的 Fanzor 蛋白可對人類基因組特定位點(diǎn)進(jìn)行靶向插入與缺失編輯【1-3】。 與來自原核生物的 CRISPR/Cas 系統(tǒng)不 同 ， Fanzor 源自真核生物， 理論上 可以 減少 動物體內(nèi)非必要的免疫反應(yīng)，同時 研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)不 具有旁切活性，因此潛在具有更高的基因編輯安全性 。 但 是， 原始版本的 Fanzor 系統(tǒng) 在哺乳動物細(xì)胞中的基因 編輯效率 普遍 較低（ <10% ），限制了其 在功能機(jī)制研究 、 生物醫(yī)學(xué)和動植物品種改良中的高效應(yīng)用 。

2025 年 5 月 20 日，西北農(nóng)林科技大學(xué) 王小龍 團(tuán)隊與上海科技大學(xué) 吳兆韡 團(tuán)隊合作在 Nature Chemical Biology 上發(fā)表題為： Engineering eukaryotic transposon-encoded Fanzor2 system for genome editing in mammals 的研究論文。 該研究以張鋒團(tuán)隊報道的 F anzor 2 家族中的 N lov F z2 蛋白為對象，通過綜合 AI 輔助結(jié)構(gòu)預(yù)測引導(dǎo)的 RNA 結(jié)構(gòu)優(yōu)化、蛋白質(zhì)工程改造、基因編輯效率評估和全基因組脫靶分析等技術(shù)手段，開發(fā)了增強(qiáng)型 N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)（ en N lov F z2 ），其基因編輯效率較野生型提升了 11 倍。 同時，該系統(tǒng)被成功用于小鼠白化疾病模型的構(gòu)建及人源化杜氏肌營養(yǎng)不良癥（ DMD ）小鼠模型的基因治療，展示了源自真核生物的新型迷你編輯工具在疾病治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

研究首先基于 A lpha F old3 對 N lov F z2- ωRNA - DNA 復(fù)合體結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn) N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)與報道的 F anzor1 家族的 S pu F z1- ωRNA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異較大，反而與 T np B 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為相似。隨后，通過對 ωRNA 骨架序列和 Nlov F z2 蛋白的關(guān)鍵位置進(jìn)行理性化設(shè)計及工程改造，成功獲得增強(qiáng)型 N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)（ en N lov F z2 ）。在人類基因組的 26 個靶位點(diǎn)進(jìn)行了有效編輯，插入 / 刪除效率高達(dá) 81.2% ，相比野生型版本平均編輯效率提高 11 倍。此外，通過 TAM （靶鄰近基序）識別實驗發(fā)現(xiàn)，相較于野生型 Nlov F z2 蛋白的典型 5’-CCG 識別序列， en N lov F z2 可以識別范圍更廣的 5 ’ -NMYG ( M 代表 C/A ， Y 代表 C/T ) 序列，極大地拓寬了 N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)在基因組中的靶向范圍及應(yīng)用場景。

隨后，通過胚胎注射 en N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)靶向編輯小鼠 Tyr 基因，破壞控制毛色 的基因表達(dá)，成功制備小鼠白化疾病模型，其中 Tyr 的兩個編輯位點(diǎn)體內(nèi)編輯效率分別為 38.3% 和 48.7% 。同時，在人源化 DMD 小鼠疾病模型中，單 AAV 包裝的 en N lov F z2- ωRNA 經(jīng)原位注射至肌肉組織中，成功并高效將小鼠肌纖維中肌萎縮蛋白水平恢復(fù)至野生型小鼠的 20% ，為 DMD 患者提供了一種潛在的基因治療策略。

該研究基于真核來源的 F anzor- ωRNA 系統(tǒng)進(jìn)行改造，開發(fā)出靶向范圍廣、活性高的微型基因編輯工具，并率先實現(xiàn)了小鼠體內(nèi)高效基因編輯，展示了其在基因治療等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景，豐富了用于基因組編輯的微型核酸酶工具箱，為基因治療及動植物生物育種提供了高效的候選工具。

西北農(nóng)林科技大學(xué)的 魏迎輝教授 ， 博士研究生 高鵬飛 ， 碩士研究生 陳宇斐 ， 上海科技 大學(xué) 潘登 博士 及中國科學(xué)院 上海 藥物研究所李國玲副研究員 為論文的共同第一作者。 西北農(nóng)林科技大學(xué) 王小龍教授、 魏迎輝教授、 徐坤副教授 和 上海科技大學(xué)吳兆韡 副研究員為論文的 共同 通訊作者。西北農(nóng)林科技大學(xué)羊遺傳改良與生物育種團(tuán)隊陳玉林教授 、上海科技大學(xué)季泉江教授、 中國科學(xué)院 上海 藥物研究所 楊輝研究員、臨港實驗室胥春龍研究員對本項研究提供了重要 支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-025-01902-7

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. Saito, M. et al. Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease.Nature620 , 660-668 (2023).

2. Jiang, K. et al. Programmable RNA-guided DNA endonucleases are widespread in eukaryotes and their viruses.Sci. Adv. 9 , eadk0171 (2023).

3. Xu, P. et al. Structural insights into the diversity and DNA cleavage mechanism of Fanzor.Cell187 , 5238-5252.e5220 (2024).

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