基因是生物的遗传密码，可以说是通过基因编辑直接攻击生物特征转化或疾病治疗的基础。工欲善其事，必先利其器，要想在基因水平上操作，必须有“称手”的工具。在过去的几十年里，科学家们不断从自然界中“取材”，先后开发了Cre-lox重组技术和锌指核酸内切酶（ZFN）转录激活样效应核酸酶（TALENs）技术、CRISPR/Cas系统等工具。然而，这些现有工具仍然存在不准确、编辑范围有限、交付困难等局限性。因此，科学界从未停止开发新的基因编辑工具。
3月30日，由基因编辑先驱张峰领导的团队在Nature上发表了一篇论文，报道了一个可以将任何蛋白质传递给任何细胞的系统(我们曾经在《张峰团队的最新研究:蛋白质可以送到任何指定的人类细胞，也可以打破基因治疗的困境》短短一周后的4月6日，张峰团队在Science上发表了最新论文“Structureofther2”non-LTRretrotransposoninitiatingtarget-primedreversetranscription”，评估了家蚕（Bombyxmori）R2非LTR逆转录转座作为新基因编辑工具的潜力。
图1研究成果(图源:[1]
所谓逆转录转座，是基因组中一段能够通过各种手段产生自己的“副本”并插入其他位置的基因序列。一般的过程是将逆转录转座转录为RNA并翻译相应的蛋白质，然后在基因组中找到合适的位置进行逆转录和插入。
图2逆转录转座的生命周期示意图(图源:维基百科)
而不是长端重复序列（non-LTR）顾名思义，逆转录转座是指这种逆转录转座两端没有长链的重复DNA序列。在人类中，非LTR逆转录转座构成基因组的17%。
图3LTR与非LTR逆转录转座的区别(图源:[2])
非LTR逆转录转座可进一步分为两类：LINEs（longinterspersednuclearelements）和SINEs（shortinterspersednuclearelement）。前者可以编码“复制粘贴”所需的必要蛋白质，而后者不能“自给自足”。
和所有非LTR逆转录转座一样，这次的主角来自家蚕的R2元件(R2Bm），结合DNAA可以编码出具、蛋白质切割DNA和逆转录功能。负责切割的限制性核酸内切酶在“粘贴位置”，即在目标DNA上切开孔，然后从暴露的3'中逆转录酶;R2RNA的逆转录终端启动，R2元件的新复制可以“安定下来”。这个过程被称为逆转录的靶向启动（target-primedreversetranscription，TPRT）。
过去的研究表明，R2元件只识别28SRNA基因并插入其内容子区域。这种插入会影响28SRRNA基因的表达，或28SRRNA基因的突变和进化，从而影响蚕的生长、发育、遗传多样性和进化。
然而，R2元件如何识别28SRNA基因，以及在切割目标DNA后如何编码蛋白质完成逆转录，这两个问题尚未得到充分回答。目前，R2元件的靶向性需要3'UTR中的一个元素，但该元素的具体位置尚未确定。3'UTR（3'untranslatedregion）3'指RNA分子;端非编码区。
为此，张峰团队用冷冻电子显微镜分析了R2元件在28SRNA基因上使用自己的3'UTR启动TPRT结构。该结构揭示了3'UTR中与目标DNA交互的核心区域表明，R2元件可以通过改造瞄准28SrRNA基因以外的位点来实现。
R2BM蛋白的核心是逆转录酶（RT）结构域前后分别是特征性的N端扩展域和C端扩展域ɑ螺旋拇指结构域。R2BM蛋白，3'UTRNA和目标DNA之间有几个关键的相互作用:目标DNA的两个链在ZNF域周围分离，底链(被切断的DNA链)进入限制性核酸内切酶（RLE）活性位点，顶链沿RLE相反的蛇行走；目标DNA和3'RT活性位点包含UTRNA形成的异源双链；3'通过N端扩展域将UTRNA引入RT活性位点。
图4R2BM反转录转座冷冻电镜结构(图源:[1])
该团队还发现了两个可能与R2BM特异性识别相关的关键区域：一个是-34到-22的上游基序，结合N端N-ZNF和Myb结构域；另一个是-6到+1，结合RLE。研究人员称之为逆转录转座的上游基序（RetrotransposonUpstreamMotif，RUM）与逆转录转座相关的插入点（Retrotransposon-AssociatedINsertionsite，RASIN）。
图5R2BM与目标DNA相互作用示意图(图源:[1]
研究小组推断，TPRT的启动包括以下步骤：R2BM的N端结构域首先检测RUM序列，然后在RASIN位点切割底链，将剪切位点绕顶链旋转到RT活性位点，并将任何3'将同源序列与切开的底链配对后，最终启动逆转录。进一步的实验表明，R2BM可以在外源性底链附近启动逆转录，并且TPRT可以在Cas9的指导下在28SDNA序列以外的目标点执行。
有趣的是，上述结果表明，与其他非LTR逆转录转座不同，R2BM使用其N-ZNF和Myb结构域来定位核酸内切酶的目标顺序。此外，研究团队还发现，RUM-RASIN共识基序搜索家蚕基因组的结果表明，有许多脱靶点，但在实践中，非28S插入非常罕见，这可能是调整R2BM转座的其他因素。
总之，这项研究对非LTR逆转录转座有了新颖而深刻的理解。Cas9成功指导R2BM的重新定位表明，R2BM预计将在未来作为一种新的基因插入工具发挥更大的作用。
参考资料：
[1]WilkinsonME,FrangiehCJ,MacraeRK,etal.Structureofthernon-LTRretrotransposoninitiatingtarget-primedreversetranscription.Science.2023Apr6:eadg7883.doi:10.1126/science.adg7883.
[2]https://www.jove.com/science-education/11574/non-ltr-retrotransposons
