改写生命密码,科创团队首次发现极小型Cas13j蛋白

学术   2024-10-03 17:28   浙江  


近日,浙江大学杭州国际科创中心(简称科创中心)生物与分子智造研究院姚远研究员团队采用BT-IT融合技术,通过智能挖掘算法对微生物宏基因组数据进行大规模挖掘,发现极小型Cas13j蛋白并进行高效的体内RNA编辑。相关成果发表在《Nature Chemical Biology》,科创中心为第一完成单位并具有独立知识产权


极小型Cas13蛋白,

“细微之处”改写生命


在CRISPR的RNA编辑中,递送是一个主要的难题,“Cas13蛋白融合ADAR2脱氨酶构建一个RNA编辑器,但编辑器的大小是有限的。目前技术处于单个AAV的包装极限,无法再融合其他功能蛋白。”姚远介绍道。

可以想象我们物流组装一个快递包,如果装入了较大的Cas13蛋白,那么能融合功能蛋白的空间就相对变小了。RNA编辑器太大则无法装进AAV(病毒载体) 宿主细胞中进行递送。因此,极小型的Cas13蛋白的挖掘可以为这一瓶颈提供新的解决方案


数据驱动

开发新的RNA编辑工具包


“这是目前已报道最小的Cas13蛋白”。团队通过对土壤微生物大规模宏基因组数据进行智能挖掘,在CRISPR阵列周围提取了超20kb的基因组DNA序列,基于氨基酸功能序列,挖掘出大小在400-600aa的新微小型Cas13j蛋白家族。

其中,极小型Cas13蛋白大小为424aa。团队经过一系列高活性工程化改造蛋白,将蛋白的大小进一步缩小为340 aa,这就是目前已报道工程化改造的极小型Cas13蛋白

在此基础上,我们开发出一套极小型RNA碱基编辑工具,并通过小鼠实验证明,这套RNA单碱基编辑器工具包,高效实现了小鼠体内的C>U RNA编辑,显著降低了小鼠总胆固醇 (Total Cholesterol, T-CHO)含量,实现了CIRPSR-Cas13的体内C > U RNA单碱基编辑的前沿应用探索。”姚远分享道。
CRISPR-Cas13j系统的发现与相关RNA编辑工具包的开发,对探索基于RNA编辑的基因治疗手段与合成生物学调控手段等具有重要意义。姚远说:“未来,团队将积极拓展新型RNA碱基编辑器在临床治疗和生物化工方面的应用。”


*浙江大学杭州国际科创中心姚远研究员为本文通讯作者。浙江大学马斌研究员、陈学新教授和李果博士(现为湘湖实验室副研究员)为共同通讯作者。浙江大学杭州国际科创中心博士后李果、程亚仙、余静文为本文共同第一作者。浙江大学黄行许教授、上海科技大学季泉江教授、中国农业大学胡晓湘教授等对研究工作给与了技术指导。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金面上项目、中国计算机学会联合基金、浙江大学杭州国际科创中心百人计划等科研项目的支持。


原文链接:Compact RNA editors with natural miniature Cas13j nucleases | Nature Chemical Biology


文字:何心怡

本文编辑:何心怡

审核:潘怡蒙

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