編輯丨王多魚

排版丨水成文

CRISPR-Cas系統(tǒng)是存在于原核生物（細(xì)菌和古菌）中的一類古老的免疫系統(tǒng)，用于抵御防御外源遺傳元件（例如噬菌體）入侵。通過對該系統(tǒng)的研究，科學(xué)家們開發(fā)出了一系列強(qiáng)大的基因編輯工具，例如CRISPR-Cas9，其通過RNA引導(dǎo)的Cas9核酸酶，對DNA進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)基因組編輯。

2023 年 6 月，張鋒團(tuán)隊(duì)在Nature期刊發(fā)表論文 【1】 ，在真核生物中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè) RNA 引導(dǎo)的 DNA 切割酶——Fanzor，這種新型 CRISPR 樣系統(tǒng)，可以在重編程后實(shí)現(xiàn)對人類基因組的編輯。相比CRISPR-Cas系統(tǒng)，F(xiàn)anzor 系統(tǒng)非常緊湊，更容易遞送到細(xì)胞和組織中。而且，F(xiàn)anzor系統(tǒng)沒有旁系切割活性，可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的基因組編輯。

然而， 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，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(duì)與上海科技大學(xué)吳兆韡團(tuán)隊(duì)合作，在 Nature 子刊Nature Chemical Biology上發(fā)表了題為： Engineering eukaryotic transposon-encoded Fanzor2 system for genome editing in mammals 的研究論文 【2】。

該研究以張鋒團(tuán)隊(duì)報(bào)道的 F anzor 2 家族中的NlovFz2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NlovFz2-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(shí)，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，展示了真核生物來源的新型微型基因編輯工具在疾病建模和治療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

真核轉(zhuǎn)座子編碼的 Fanzor 蛋白因其體積小巧且機(jī)制與 TnpB 相似，在基因組工程應(yīng)用方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，未經(jīng)改造的 Fanzor 系統(tǒng)在哺乳動物細(xì)胞中表現(xiàn)出極低的活性。

研究團(tuán)隊(duì)利用AlphaFold3預(yù)測了 Fanzor2 復(fù)合體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn) Fanzor2 家族的 NlovFz2-ωRNA 系統(tǒng)與 Fanzor1 家族的 SpuFz1-ωRNA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異較大，而是與 TnpB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為相似。

接下來，研究團(tuán)隊(duì)對 NlovFz2 蛋白及其 ωRNA 序列進(jìn)行了改造，構(gòu)建了增強(qiáng)型 N lov F z2- ωRNA 系統(tǒng)——enNlovFz2，其具有擴(kuò)展的靶標(biāo)鄰近基序（TAM）識別范圍， 可識別范圍更廣的 5' -NMYG（N代表A/C/G/T， M 代表 C/A ， Y 代表 C/T ） 序列，相比野生型 Nlov F z2 蛋白的 5'-CCG，enNlovFz2極大地拓寬了 在基因組中的靶向范圍及應(yīng)用場景。

更重要的，enNlovFz2在人類基因組的 26 個(gè)靶位點(diǎn)進(jìn)行了有效編輯，編輯效率大幅提高，插入 / 刪除效率高達(dá) 81.2%，與野生型 NlovFz2 相比， enNlovFz2 的基因組編輯效率平均提升了 11.1 倍，與之前報(bào)道的兩個(gè) IS200 或 IS605 轉(zhuǎn)座子編碼的 TnpB 以及兩個(gè) CRISPR-Cas12f1 核酸酶編輯效率相當(dāng)。

接下來，研究團(tuán)隊(duì)通過胚胎注射 en N lov F z2- ωRNA ，編輯小鼠的 Tyr 基因（該基因編碼酪氨酸酶，是合成黑色素的關(guān)鍵酶，該基因功能缺失突變會導(dǎo)致白化病），從而成功構(gòu)建了白化病小鼠模型，對 Tyr 基因 的兩個(gè)編輯位點(diǎn)的體內(nèi)編輯效率分別為 38.3% 和 48.7% 。

此外，在人源化杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD）小鼠模型中，肌肉注射單個(gè)腺相關(guān)病毒（AAV）包裝的 en N lov F z2- ωRNA，將小鼠模型肌纖維中抗肌萎縮蛋白的表達(dá)水平恢復(fù)至正常小鼠的 20%，為 DMD 患者提供了一種潛在基因編輯治療策略。

總的來說，該研究對真核生物來源的 F anzor 系統(tǒng)進(jìn)行改造，開發(fā)出了靶向范圍更廣、效率更高的微型基因編輯工具，在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效基因編輯，凸顯了 Fanzor 系統(tǒng)作為生物學(xué)研究和治療應(yīng)用的多功能工具箱的潛力。

西北農(nóng)林科技大學(xué)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共同通訊作者。

論文鏈接：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06356-2

2. https://www.nature.com/articles/s41589-025-01902-7