韩春雨要“翻案”？最新研究发现NgAgo具有DNA编辑能力

2021-09-06 12:00:05 腾讯健康
陈更
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原核 Argonautes (pAgos) 已被提议作为更灵活的基因编辑工具，因为与流行的 CRISPR/Cas 系统不同，它们不需要与其功能目标相邻的序列基序。来自嗜盐古菌 Natronobacterium gregoryi的一种有前途的 pAgo (NgAgo) 候选物一直是关于其在真核系统中潜力的争论的主题。

2021年9月3日，普渡大学Kevin V Solomon团队在Nucleic Acids Research（IF=16.97）在线发表题为“NgAgo possesses guided DNA nicking activity”的研究论文，该研究发现NgAgo 在非嗜盐宿主中表达不佳，即使在重折叠后，大多数蛋白质仍不溶且无活性。然而，可溶性部分确实起到了切割 DNA 核酸内切酶的作用。NgAgo 与其他具有催化活性的 pAgo 共享规范域，但也包含以前无法识别的单链 DNA 结合域 (repA)。repA 和规范的 PIWI 结构域都参与了 NgAgo 的 DNA 切割活动。NgAgo 可以在大肠杆菌中和体外在指导序列 3' 末端外 1 nt 处切割靶向 DNA。该研究还发现，这些核酸内切酶活性对于大肠杆菌中增强的 NgAgo 引导的同源重组或基因编辑至关重要。

总的来说，该研究发现NgAgo 是一种新型 DNA 核酸内切酶，属于由特征 repA 结构域定义的未被识别的 pAgo 类。NgAgo 使用 PIWI 中保守的和新的未表征的 repA 结构域来切割 DNA。NgAgo的这种切割介导原核生物中的基因编辑作用。该研究工作建立了探索 NgAgo 活性（以及其他 pAgo 的活性）的创新方法，并确定了将其发展为下一代合成生物学工具的关键蛋白质特征。

基因编辑是一种通过靶向修饰改造基因组的新技术。自发现以来，CRISPR/Cas9系统已成为基因组编辑库中最强大的工具之一。尽管 CRISPR/Cas9 系统受到研究人员的欢迎，但它也有其不完善之处。CRISPR/Cas9 系统对靶标识别的几种脱靶活性和 PAM 要求限制了其在某些基因组序列中的应用。因此，寻找新的基因编辑方法仍然是一个好的选择。除了 Cas9 蛋白家族外，有研究报道 Argonaute (Ago) 蛋白家族，包括 TtAgo和 PfAgo，也具有一定的基因编辑能力。

在原核生物和真核生物中都发现了 Argonautes。在真核生物中，Argonaute 蛋白是 RNA 诱导的沉默复合物 (RISC)的重要组成部分。真核生物 Ago 蛋白在 RNA 干扰 (RNAi)、microRNA 和 piwi 相互作用 RNA (piRNA) 介导的转录后沉默中起着至关重要的作用。一些原核 Ago 蛋白，如 TtAgo 和 PfAgo，可以诱导外源基因在小干扰核酸或引导 DNA (gDNA) 的指导下降解。然而，TtAgo 和 PfAgo 通常在 65 °C 左右起作用，限制了它们在哺乳动物细胞中的应用。

2016年5月3日，韩春雨团队在Nature Biotechnology在线发表题为“DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute”的研究论文，该研究发现Natronobacterium gregoryi Argonaute（NgAgo）是一种DNA引导的核酸内切酶，适用于人类细胞的基因组编辑，这一下子使NgAgo火遍全球，广大研究人员去验证其效果，很不幸，没有相关的团队能确定NgAgo有基因编辑的功能。随后引发广泛质疑，2017年8月3日，韩春雨撤回该论文。

NgAgo 专门切割与向导互补的 DNA（图源自Nucleic Acids Research ）

不过，其他团队有另外的发现，南通大学刘东团队在Cell Research发表题为“NgAgo-based fabp11a gene knockdown causes eye developmental defects in zebrafish”的研究论文，该研究发现gDNA / NgAgo可以与靶基因结合以阻断其转录，同时该研究也没有发现NgAgo具有基因编辑的能力。

该研究重新表征NgAgo在原核生物中的功能。NgAgo 在非嗜盐宿主中表达不佳，即使在重折叠后，大多数蛋白质仍不溶且无活性。然而，该研究发现可溶性部分确实起到了切割 DNA 核酸内切酶的作用。NgAgo 与其他具有催化活性的 pAgo 共享规范域，但也包含以前无法识别的单链 DNA 结合域 (repA)。repA 和规范的 PIWI 结构域都参与了 NgAgo 的 DNA 切割活动。