今年殺瘋了！張鋒團隊接連發表Science、Nature和Cell

　　non-LTR逆轉錄轉座子，或Long Interspersed Nuclear Elements(LINEs)，是一類豐富的真核轉座子，通過靶啟動逆轉錄(TPRT)插入基因組。在TPRT過程中，一個目標DNA序列被切割并啟動逆轉錄轉座子RNA的逆轉錄。

　　2023年4月6日，博德研究所張鋒團隊在Science 在線發表題為“Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription”的研究論文，該研究報道了Bombyx mori R2 non-LTR逆轉錄轉座子在其核糖體DNA靶點處啟動TPRT的冷凍電子顯微鏡結構。

　　目標DNA序列在插入位點被解開，并被上游基序識別。逆轉錄酶(RT)結構域的延伸識別逆轉錄轉座子RNA，并引導3 '端進入RT活性位點以模板逆轉錄。該研究使用Cas9在體外將R2重定向到非原生序列，這表明未來可以作為一種基于可重編程RNA的基因插入工具。

　　另外，2023年3月29日，博德研究所張鋒團隊在Nature 在線發表題為“Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system”的研究論文，該研究發現Photorhabdus毒力盒(PVC)——來自昆蟲病原細菌Photorhabdus asymbiotica的eCIS——的目標選擇是由PVC尾纖維的遠端結合元件對目標受體的特異性識別介導的。在尾巴纖維的結構引導工程中，該研究表明PVC可以被重新編程，以靶向這些系統不天然靶向的生物(包括人類細胞和小鼠)，效率接近100%。最后，該研究發現PVC可以裝載不同的蛋白質載荷，包括Cas9、堿基編輯器和毒素，并可以將它們功能性地輸送到人類細胞中。總之，該研究結果表明PVC是一種可編程的蛋白質傳遞裝置，可能應用于基因治療、癌癥治療和生物控制。

　　2023年1月5日，博德研究所/哈佛醫學院/麻省理工學院張鋒團隊在Cell在線發表題為“A transcription factor atlas of directed differentiation”的研究論文，為了全面了解TF及其控制的程序，該研究創建了一個包含所有注釋的人類TF剪接異構體的條形碼庫(> 3500)，并將其應用于構建TF圖譜，以單細胞分辨率繪制過表達每個TF的人類胚胎干細胞(hESCs)的表達譜。該研究將TF誘導的表達譜映射到參考細胞類型，并驗證候選TF用于生成不同的細胞類型，涵蓋所有三個胚層和滋養層。具有庫子集的靶向篩選使研究人員能夠創建定制的細胞疾病模型，并整合mRNA表達和染色質可及性數據，以識別下游調控因子。最后，該研究通過開發和驗證一種預測TF組合的策略來描述組合TF過表達的影響，該策略產生匹配參考細胞類型的目標表達譜，以加速細胞工程工作。

　　非長端重復序列(non-LTR)逆轉錄轉座子是人類基因組中最豐富的一類移動遺傳元件(MGE)，主要以LINE-1和SINE(或Alu)元件為代表。盡管它們普遍存在，并通過誘變和重組對遺傳多樣性和調節做出了貢獻，以及它們作為基因插入工具的潛在用途，但關于它們的流動性機制還有很多需要了解的地方。

　　對Bombyx mori (silk moth)R2元件(R2Bm)的開創性研究，選擇性地插入28S rRNA基因，極大地促進了對這類MGE的理解。R2，像所有non-LTR逆轉錄轉座子一樣，編碼一個具有DNA結合、核酸內切酶和逆轉錄酶活性的開放閱讀框(ORF)。內切酶結構域(限制性內切酶，RLE)切割目標DNA，逆轉錄酶結構域使用從缺口暴露的3 '端啟動R2 RNA的逆轉錄，從而產生R2元件的新的基因組副本。這一過程被稱為靶啟動逆轉錄(TPRT)，是non-LTR逆轉錄轉座子及其II族內含子祖先的特征。

R2Bm逆轉錄轉座子的冷凍電鏡結構（圖源自Science ）

　　啟動逆轉錄的缺口鏈被稱為底鏈。non-LTR逆轉錄轉座子對其自身RNA的逆轉錄是特異性的；對于R2，這種特異性需要在3'UTR上的一個元素，但精確的基序還沒有被定位。目前還不清楚R2是如何特異性地識別28S rRNA靶基因的，或者DNA斷裂是如何與同一蛋白質中的逆轉錄耦合的。

　　為了解決這些問題，該研究利用Bombyx mori R2蛋白(R2Bm)自身的3'UTR在28S rRNA基因上啟動TPRT，解決了其冷凍電鏡結構。該結構揭示了與目標DNA的廣泛界面，即TPRT所需的3'UTR的一個小核心區域，并表明R2Bm可以被改造以重新編程其插入位置。

　　參考消息：

　　https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg7883