2024年張鋒團隊迎來首篇Cell

　　Fanzor (Fz)是一種廣泛存在于真核生物結構域的ωRNA引導內切酶，具有獨特的基因編輯潛力。

　　2024年8月28日，麻省理工學院/博德研究所張鋒團隊在Cell在線發表題為“Structural insights into the diversity and DNA cleavage mechanism of Fanzor”的研究論文，該研究描述了來自三種不同生物的Fzs的結構。

　　研究發現，無論ωRNA的長度如何，Fzs都有一個共同的ωRNA交互界面，這在物種之間差異很大。該研究還揭示了Fz的DNA識別模式和解繞能力以及非規范催化位點的存在。這些結構展示了Fz的蛋白質構象如何移動，以允許雙鏈DNA結合到R環內的活性位點。在機制上，不同狀態下的結構檢測表明RuvC結構域上的蓋子環的構象受向導/DNA異雙工的形成控制，調節核酸酶的激活和DNA雙鏈在單切割位點的位移。

　　另外，2024年8月6日，博德研究所張鋒團隊在Molecular Cell 在線發表題為”Structural determinants of DNA cleavage by a CRISPR HNH-Cascade system“的研究論文，該研究描述了Selenomonas sp. HNH-Cascade (SsCascade)與靶DNA復合物的冷凍電鏡結構，并表征了其作用機制。級聯支架由HNH結構域補充，形成一個環狀結構，其中未纏繞的目標DNA被精確地切割。這種結構可視化了兩個可擴展生物系統的獨特混合-cascade，可編程DNA效應物的進化平臺，和HNH核酸酶，具有酶活性譜的自適應結構域。

　　2024年6月11日，哈佛醫學院/麻省理工學院/博德研究所張鋒等團隊合作在Mobile DNA在線發表題為“Internal initiation of reverse transcription in a Penelope-like retrotransposon”的研究論文，該研究利用從大腸桿菌中純化的蛋白質，報道了從青色變色蜥(Anolis carolinensis)中提取的PLE的獨特體外特性，揭示了其他逆轉錄轉座子所不具有的機制方面。該研究發現逆轉錄是在轉座子RNA的兩個相鄰位點上啟動的，這兩個位點與被切割的DNA不同源，這一特征反映在基因組的“尾巴”特征中，這是PLE之間共有的和獨特的。該研究首次在體外激活了PLE，為理解PLE的動員和生物學提供了一個起點。

　　2024年5月29日，東京大學Osamu Nureki及博德研究所張鋒等團隊合作在Nature 在線發表題為“Structural basis for pegRNA-guided reverse transcription by a prime editor”的研究論文，該研究展示了SpCas9-M-MLV RTΔRNaseH-pegRNA-target DNA復合物在多種狀態下的冷凍電鏡結構。終止結構以及功能分析表明，M-MLV RT將逆轉錄延伸到預期位點之外，導致支架衍生的結合，從而在目標位點上引起不希望的編輯。對起始前、起始和延伸狀態的結構比較表明，M-MLV RT在逆轉錄過程中相對于SpCas9保持一致的位置，而pegRNA合成的DNA雜化雙鏈則沿著SpCas9表面建立。在結構見解的基礎上，該研究合理地設計了pegRNA變體和先導編輯變體，其中M-MLV RT融合在SpCas9中。總的來說，該研究結果提供了對先導編輯逐步機制的結構性見解，并將為開發多功能先導編輯工具箱鋪平道路。

　　Fanzor (Fz)是一種真核生物可編程ωRNA引導的內切酶。Fz和原核CRISPR-Cas12系統是從TnpB的不同變體進化而來的，TnpB是一種廣泛存在的原核專性移動元素引導活性(OMEGA)系統。與Cas12一樣，Fz家族也存在顯著的多樣性。Fzs主要存在于原口動物、藻類、真菌和單細胞真核生物中，分為兩個不同的家族:Fz1和Fz2。Fz2在蛋白質水平上與TnpB具有很強的結構相似性，而Fz1則大得多，這暗示了它們可能具有不同的功能和機制。

　　為了在結構和功能水平上探索這種多樣性，研究人員分析了來自真核生物兩界不同物種的三種Fz1蛋白的冷凍電鏡結構:Guillardia theta (GtFz1)(藻類)，Spizellomyces punctatus (SpuFz1)(真菌)和Parasitella parasitica (PpFz1) (mycoparasite)。Fz1s以不同的構象狀態被捕獲，形成了13種結構的集合。這些結構揭示了uRNA結合和DNA識別的共同和獨特方面，為Fz1蛋白在其核酸內切酶活性中實現特異性和效率的多種機制提供了見解。

機理模式圖（圖源自Cell ）

　　對不同構象狀態的研究揭示了Fz1蛋白的激活和切割機制，闡明了促進其作為ωRNA引導的內切酶功能的結構轉變。總體而言，作者通過來自不同物種以及不同DNA結合構象的Fanzor蛋白結構分析，揭示了該家族蛋白的分子多樣性，并揭示了Fanzor蛋白的激活機制。該研究不僅深化了領域對Fanzor家族分子機制的理解，也為未來基因編輯工具的設計提供了新的思路。