在今天发表于自然在美国，研究人员利用一种获得诺贝尔奖的技术——冷冻电子显微镜——来冻结基因编辑复合物，揭示其工作原理的高分辨率细节。

“我们在第一项研究中展示了如何利用INTEGRATE在细菌细胞中进行靶向DNA插入，”哥伦比亚大学Vagelos内科和外科医生学院生物化学和分子生物物理学助理教授Sam Sternberg博士说，他与哥伦比亚大学生物化学和分子生物物理学助理教授Israel Fernandez博士共同领导了这项研究。“这些新图像是与以色列Fernández实验室的一次精彩合作，以令人难以置信的分子细节解释了生物学，并将通过指导蛋白质工程工作来帮助我们改进系统。”爱博网投领导者

像CRISPR一样开始，但有不同的结局

研究人员使用了一种称为冷冻电子显微镜的技术，该技术涉及在液氮中快速冷冻基因编辑复合物样本，并用电子轰击它。然后，他们用电子显微镜捕捉到的图像生成了INTEGRATE系统的原子分辨率模型。

结构模型显示，该复合体由两个主要部分组成，它们排列成螺旋状的细丝。较大的部分被称为Cascade，它缠绕在细胞周围，携带一种向导RNA，用于扫描细胞，寻找DNA中的匹配序列。一旦它定位并结合目标序列，它就会将DNA链穿过位于复合体末端的TniQ“转位”蛋白质，并招募其他帮助修饰DNA的酶。

INTEGRATE的扫描机制似乎与其他经过充分研究的CRISPR系统的工作方式相似，其中一些系统也含有带向导RNA的级联复合体。然而，与其他使用Cascade靶向DNA进行切割的CRISPR系统不同，INTEGRATE中的Cascade功能是靶向DNA以高度精确地插入遗传有效载荷。

“在这种规模上可视化生物学爱博网投领导者真的很神奇，甚至可以很容易地激发那些不熟悉这个话题的人。“这项工作的质量和完成的速度，象征着像山姆和以色列这样伟大的导师所提供的合作环境，”哥伦比亚大学欧文医学中心细胞、分子和生物物理研究研究生项目的博士生、该研究的第一作者泰勒·哈尔平-希利说。

在他们之前的研究中，Sternberg和他的同事利用遗传学和生物化学提出了CRISPR机制如何在功能上与转座机制(负责基因“跳跃”的分子)联系起来，研究证明了他们的假设是正确的。

为什么重要?

世界各地的许多研究人员现在都使用CRISPR-Cas9快速而廉价地对细胞基因组进行精确修改。然而，CRISPR的大多数用途涉及切割目标DNA的两条链，然后DNA断裂必须由宿主细胞自身的机制修复。控制这一修复过程仍然是该领域的主要挑战，并且不希望的基因编辑经常无意中引入基因组。此外，现有的工具在以精确的方式插入大的基因有效载荷方面往往表现不佳。提高基因编辑的准确性是研究人员的首要任务，对于确保使用这种技术开发的疗法的安全性至关重要。

由Sternberg实验室开发的新INTEGRATE系统可以准确地插入大的DNA序列，而不依赖于细胞的机器来修复DNA链。因此，与广泛使用的原始CRISPR-Cas系统相比，INTEGRATE可以证明是一种更准确、更有效的基因修饰方法。这种新工具还可以帮助科学家在DNA修复活性有限的细胞类型(如神经元)中进行基因编辑，在这些细胞类型中，使用CRISPR的尝试相对不太成功。

接下来是什么

除了为未来的工程工作提供信息外，这些结构还突出了一个可能的校对检查点。现有的CRISPR技术经常遭受所谓的“脱靶效应”，即无意的序列被杂乱地修改。新的结构揭示了Cascade和TniQ如何协同工作，以确保只有正确的“靶上”序列被标记为DNA插入。研究人员计划进一步探索这个检查点，同时开发新的疾病治疗方法的工具。