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酶是各種生化過程中必不可少的催化劑，在II族(GII)內(nèi)含子的背景下得到了特別好的研究。這些核酶在剪接和反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)位方面表現(xiàn)出非凡的能力，通常由內(nèi)含子編碼蛋白(IEPs)通過酯交換反應(yīng)促進。然而，在缺乏IEPs的情況下，GII內(nèi)含子可以通過水解自主切割其前體RNA靶標(biāo)，從而形成成熟和線性化的核酶。雖然這些核酶在RNA或DNA修飾的RNA底物上也具有水解內(nèi)切酶活性，但在報道的內(nèi)含子核酶中很少觀察到純DNA的大量水解裂解。這一觀察結(jié)果表明，可能存在由“繁殖”的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子編碼的未表征的內(nèi)含子核酶，特別是那些缺乏IEP成分(稱為開放閱讀無框架內(nèi)含子)的內(nèi)含子。這些假設(shè)的核酶，被稱為水解核內(nèi)溶核酶(HYERs)，可能是通過水解切割純DNA目標(biāo)的關(guān)鍵?；?nbsp;RNA 的HYERs的發(fā)現(xiàn)可以為TALEN和CRISPR-Cas等蛋白酶提供替代方案，從而徹底改變基因編輯。利用HYERs對DNA切割的催化能力可以擴展當(dāng)前分子生物學(xué)技術(shù)的工具箱，為精確的基因操作和治療干預(yù)提供新的途徑。

其研究成果在Science雜志上發(fā)表，題目為“Hydrolytic endonucleolytic ribozyme (HYER) is programmable for sequence-specific DNA cleavage”

圖源：Science：Hydrolytic endonucleolytic ribozyme (HYER) is programmable for sequence-specific DNA cleavage

該研究的重點是發(fā)現(xiàn)具有水解和序列特異性 DNA 內(nèi)切酶活性的天然核酶，可能作為DNA操作的多功能工具。具體來說，該研究探索了細菌II-C組內(nèi)含子，確定了一個稱為水解核內(nèi)溶核糖酶(HYERs)的亞群。這些核酶在體外表現(xiàn)出切割各種核酸底物的能力，包括RNA、單鏈DNA、氣泡雙鏈DNA (dsDNA)和質(zhì)粒。其中一個值得注意的發(fā)現(xiàn)是，具有代表性的核酶HYER1能夠在哺乳動物基因組中產(chǎn)生雙鏈dna斷裂。低溫電子顯微鏡分析揭示了HYER1的結(jié)構(gòu)特征，表明其為同二聚體，每個單體含有一個Mg2+依賴的水解口袋和一個與目標(biāo)識別位點(TRS)互補的DNA捕獲位點。

此外，該研究還探索了合理的設(shè)計策略，以增強HYERs對DNA操作的功能。這些策略包括延長TRS，插入招募序列和促進異源二聚化。由這些設(shè)計產(chǎn)生的工程HYER變體在DNA操作任務(wù)中表現(xiàn)出更高的特異性和靈活性。

這項研究擴展了我們對具有DNA內(nèi)切酶活性的天然核酶的理解，并為它們作為精確DNA操作的分子工具的潛在應(yīng)用提供了見解，并為開發(fā)基因工程和基因組編輯方面的創(chuàng)新生物技術(shù)方法提供了新的途徑。

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