插入序列（IS）元件是原核生物基因组中最简单的自主转座元件。研究团队最近发现，IS110家族元件编码了一种重组酶和一种非编码桥RNA（bRNA），后者通过两个可编程环对靶DNA和供体DNA赋予模块化特异性。
研究发现
1. IS110重组复合体结构：通过冷冻电子显微镜，研究团队揭示了IS110重组酶与其bRNA、靶DNA和供体DNA的三种不同阶段的结构。IS110联合复合体包含两个重组酶二聚体，其中一个二聚体包含bRNA的靶结合环并与靶DNA结合，而另一个二聚体协调bRNA的供体结合环和供体DNA。
2. 复合活性位点：研究揭示了一个跨越两个二聚体的复合RuvC-Tnp活性位点，定位了在靶DNA和供体DNA重组位点附近的催化丝氨酸残基。
3. 重组反应阶段：通过对三种结构的比较，研究团队发现：
- 靶DNA和供体DNA的上链在复合活性位点被切割，形成共价的5'-磷酸丝氨酸中间体。
- 切割的DNA链被交换并重新连接，形成一个Holliday结中间体。
- 随后，通过切割下链，Holliday结中间体被解析。
图源：Nature（2024），DOI: 10.1038/s41586-024-07570-2
这项研究揭示了一个双特异性RNA如何为IS110重组酶赋予靶和供体DNA特异性，实现可编程的DNA重组。这一发现不仅扩展了我们对插入序列元件重组机制的理解，还为基因编辑技术提供了新的思路和工具。
通过揭示桥RNA指导重组的详细机制，这项研究为开发新的基因编辑方法提供了理论基础。理解这些机制可能有助于设计更精准和高效的基因编辑工具，推动基因治疗和其他生物技术领域的进步。
未来的研究将继续探索桥RNA在不同系统中的应用潜力，进一步优化重组酶的设计，以实现更高效和特异的基因编辑。这将为生物技术和医学领域带来新的突破和应用机会。
总体来说，这项研究为理解桥RNA在基因重组中的作用提供了重要的新见解，并为未来基因编辑技术的发展提供了宝贵的参考。
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