高彩霞/刘俊杰/张勇合作合作最新Cell

转座子编码的TnpB核酸酶通过多个独立的驯化事件产生V型CRISPR-Cas12效应子。这些系统使用不同的RNA分子作为DNA靶向的指南:TnpB的转座子衍生的right-endRNA(reRNAs或omega RNAs)和V型CRISPR-Cas系统的CRISPR RNAs。然而，连接转座子活性和CRISPR免疫的分子机制仍不清楚。

2025年9月29日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞、清华大学刘俊杰、中国科学院动物研究所张勇共同通讯在Cell在线发表题为“Functional RNA splitting drove the evolutionary emergence of type V CRISPR-Cas systems from transposons”的研究论文，该研究表明首次发现并定义了连接转座子与CRISPR之间长期缺失的关键进化中间体，命名为TranC (Transposon-CRISPR intermediate)，弥合了CRISPR进化历程中的缺口。

该研究鉴定了来自不同IS605-或IS607-TnpB谱系的TranCs(转座子-CRISPR中间体)。TranCs利用CRISPR RNAs和reRNAs来指导DNA切割。Lawsonibacter sp .的LaTranC的冷冻电镜结构。非常类似于ISDra2 TnpB复合物；然而，与单分子reRNA不同，LaTranC指导RNA在功能上分为tracrRNA和crRNA。ISDra2 TnpB的工程RNA分裂使CRISPR阵列具有活性。这些发现表明，功能性RNA分裂是驱动不同V型CRISPR-Cas系统从转座子中出现的主要分子事件。

可移动遗传元件(MGEs),如转座因子(TEs)和病毒，是生命所有领域表型进化的主要驱动力。MGEs驱动创新的一个显著例子是CRISPR-Cas系统，该系统源于驯化的TEs，以赋予原核生物适应性免疫。关键效应蛋白Cas 9(II型)和Cas 12(V型)分别由插入序列Cas9-like OrfB (IscB)和转座子编码的核酸酶TnpB (TnpB)进化而来。 这两种酶都由IS200/IS605 TEs编码(在某些情况下也由IS607编码)。这些RNA指导的核酸酶利用CRISPR RNAs (crRNAs)，通常与反式激活crRNAs (tracrRNAs)结合，来识别和切割两侧带有原间隔区相邻基序(PAMs)的入侵核酸。Cas9和Cas12的可编程性质彻底改变了基因组编辑，使基础发现和各种生物技术应用成为可能。

然这两种核酸酶都起源于TEs，但它们的进化轨迹明显不同。II型CRisPR-Cas9系统可能起源于单一的IscB驯化事件，而V型CRISPR-Cas12系统表现出显著的多样性，表明TnpB核酸酶经历了多次独立的驯化事件。这种从TnpB到Cas12的周期性转变被认为是由TnpB核酸酶的异常丰度和序列多样性所驱动的，这些酶在原核生物基因组中超过一百万个位点上被发现。TnpB由几个插入序列(IS)家族编码，包括IS605、IS607和IS1341。IS605和IS607家族是自主的，编码TnpB和转座酶TnpA (Y1转座酶和丝氨酸重组酶)。相比之下，IS1341只编码TnpB。这些TnpBs在转座子驱动的右端RNAs (reRNAs，也称为ωRNAs)的指导下切割侧翼为靶邻近基序(TAMs)的DNA序列，从而促进同源重组事件，恢复并保留可动因子。

机理模式图（图源自Cell）

为了填补这个空白，研究人员鉴定了一类TranCs(转座子-CRISPR中间体),它们表现出转座子-CRISPR转换的标志性特征。通过整合进化、功能和结构分析，证明reRNA功能性分裂为tracrRNA和crRNA代表了驱动转座子编码的TnpBs向V型CRISPR-Cas系统初始转化的保守和基本机制。综上，该研究通过多学科方法，首次明确指出，RNA层面的功能性分裂与模块化创新，而非蛋白结构的根本性改变，是驱动CRISPR-Cas系统由转座子演变为免疫系统的核心分子机制。

参考信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.09.004