Molecular Cell | 天津醫科大學張恒團隊揭示新型DNA編輯系統“TIGR-TasH”分子機制

在基因組編輯技術快速發展的今天，CRISPR-Cas系統因其高效、便捷而廣泛應用于生命科學研究領域。然而，這種系統大多依賴單一的引導RNA（crRNA）識別并切割DNA的一條鏈，另一條鏈則由蛋白結構域負責切割。相比之下，新近發現的TIGR系統采用了獨特的雙間隔序列（dual-spacer）結構，其引導RNA（tigRNA）能夠同時識別靶標DNA的兩條鏈，這一特性為開發新型基因編輯工具提供了新的可能。然而，TIGR系統如何實現RNA加工、復合物組裝及靶標切割的分子機制仍不清晰。

2026年3月13日，天津醫科大學張恒教授團隊在《Molecular Cell》期刊發表了題為《Molecular basis for dual-spacer-guided target cleavage by the TIGR-TasH system》的研究論文。該研究通過解析六個高分辨率冷凍電鏡結構，系統揭示了TIGR-TasH系統的工作機制，包括tigRNA加工、靶標DNA解旋、HNH核酸酶募集及切割特異性的分子基礎。

研究人員首先發現，TasH蛋白能夠在無輔助因子條件下自主加工前體tigRNA，其Nop結構域中的保守組氨酸和酪氨酸殘基是切割活性的關鍵。與依賴宿主因子的TasR系統不同，TasH展現出獨立的RNA加工能力，為開發無需額外因子的RNA編輯工具提供了新思路。

在靶標DNA結合過程中，TasH通過其Nop結構域中的α4螺旋插入DNA雙鏈之間，保守的賴氨酸K211觸發DNA解旋，色氨酸W203則穩定RNA-DNA異源雙鏈的形成。該“賴氨酸-色氨酸”對的功能類似于CRISPR系統中的PAM識別域，揭示了TIGR系統獨特的DNA解旋機制。

進一步的結構分析顯示，TasH通過β-發夾結構精確招募HNH核酸酶結構域。該β-發夾與tigRNA中的保守box C基序以腺嘌呤依賴方式相互作用，若將box C中的腺嘌呤替換為其他堿基，則β-發夾構象改變，HNH無法正確定位，導致切割失活。這一發現為設計RNA定義的核酸酶而非傳統蛋白突變型核酸酶奠定了基礎。

研究還發現，TasH對靶標DNA長度具有嚴格選擇性，偏好16個堿基對的底物。若在靶標兩端引入額外堿基對，β-發夾結構會產生空間位阻，阻止切割復合物的形成。與此不同，TasR系統因缺乏該β-發夾結構，可切割更長的底物。這表明β-發夾是決定TasH底物特異性的關鍵元件。

基于上述機制，研究團隊進一步展示了通過改造box C基序實現鏈特異性切割的可能性。當分別突變兩個box C中的腺嘌呤時，TasH僅在對應鏈上產生切口。將這兩種突變體tigRNA共表達于哺乳細胞中，可有效誘導雙鏈斷裂并激活綠色熒光蛋白表達，證實了tigRNA定義的核酸酶活性，為基因編輯工具設計提供了全新策略。

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