Mol Cell：天津医科大学张恒团队揭示 TIGR–TasH 系统分子机制并发展基因编辑新工具

RNA 引导的核酸酶依赖向导 RNA 识别靶序列并进行特异性切割，是基因编辑技术的核心工具。通过对核酸酶或向导 RNA 进行工程化改造，可优化或改变其分子功能，例如实现核酸酶到切口酶的活性转化。切口酶在双链 DNA 上产生单链切口，可促进同源重组修复，并提升碱基编辑和先导编辑的精准度。

目前，链特异性切口酶活性的实现，主要依赖对蛋白关键催化位点的突变。相比之下，在保持核酸酶结构与功能完整的情况下，通过改造向导 RNA 实现切口酶活性，可实现更灵活的切割模式调控，例如在不同位点针对不同 DNA 链产生切口。然而，基于 RNA 改造实现切口酶活性的研究仍较为有限。如何在分子机制解析的基础上设计具有跨靶点普适性的工程化向导 RNA，仍有待进一步探索。

2026 年 3 月 13 日，天津医科大学基础医学院/肿瘤医院张恒课题组在Molecular Cell上发表了题为「Molecular Basis for Dual-spacer-guided Target Cleavage by the TIGR-TasH System」的研究论文。该研究阐明了 RNA 引导核酸酶 TIGR-TasH 系统的分子机理，并提出「向导 RNA 调控型」新型基因编辑机制。通过理性设计向导 RNA，该系统可在双链 DNA 上产生单链切口（nick），显示出 TIGR-TasH 系统在基因编辑技术开发中的应用前景。

TIGR-Tas 系统是一类由 RNA 引导、靶向双链 DNA 的新型核酸作用体系，主要分布于细菌、古菌及病毒中。其典型基因座包括 TIGR（Tandem Interspaced Guide RNA）阵列及 Tas（TIGR-associated）蛋白编码基因。TIGR 阵列由重复序列与间隔序列交替排列组成，可被转录并加工为成熟向导 RNA（tigRNA）。成熟 tigRNA 含有两个串联排列的间隔序列，可分别与靶 DNA 双链的两条单链配对，实现对双链底物的协同靶向。该识别模式不依赖 PAM 或 PFS 等靶标邻近基序，理论上拓展了可靶向序列范围。

Tas 蛋白以源自真核 box C/D 家族 snoRNP 复合体的 Nop 结构域为核心，并常与 RuvC 或 HNH 等核酸酶结构域融合，形成具有 DNA 切割活性的 TasR 或 TasH。Tas 核酸酶仅约 300-400 aa，大小约为 SpCas9 的 30%，在作为基因组编辑工具时具有明显的小型化优势。然而，该系统的向导 RNA 产生、底物识别及变构激活等过程的分子机制仍不清楚。

团队对噬菌体来源的 SpTasH 系统（下称 TasH）开展研究。在复合体体外组装实验中，研究人员意外发现，TasH 仅依赖自身 Nop 结构域活性位点处理 TIGR 转录本，生成 36-nt 成熟 tigRNA。这与此前报道的 TaTasR 系统需要宿主因子参与 tigRNA 处理不同，提示 TasH 系统具备多靶点基因编辑的潜力。在底物识别方面，团队发现 TasH 在 Mg2+或 Mn2+等二价金属离子存在下，可切割末端完全配对的双链 DNA。生化实验和结构解析证实，一个独特的 β-发夹精确限定 TasH 对靶 DNA 的识别长度，并参与招募 HNH 核酸酶结构域；一个保守的赖氨酸残基在 DNA 双链打开过程中发挥关键作用。此外，该系统对 RNA–DNA 杂交区的错配容忍度较低，具有高保真的底物靶向识别特异性。

RNA 介导的 TIGR-TasH 切口酶活性

Tas 蛋白普遍具有同源二聚结构特征，较难通过蛋白水平突变实现 nickase 活性。研究团队在理解 TIGR-TasH 分子机制的基础上，通过在 tigRNA 重复区引入突变，调控其相邻配对区的 DNA 链切割活性，并在人细胞系中进行了验证。该策略首次实现了由向导 RNA 重复区定义的链特异性切口酶活性，为构建高精度基因编辑工具（如碱基编辑和先导编辑）提供了新的分子底盘。

综上，这项研究揭示了 TIGR-TasH 系统从 tigRNA 自加工、复合体组装到双链识别与变构激活的完整分子机制。作为一类小型化、无 PAM 限制的 RNA 引导核酸靶向系统，TIGR-TasH 有望通过进一步工程化改造发展为新一代基因编辑工具。天津医科大学张恒教授为论文通讯作者，杨洁博士、王童谣、刘志坤、孙仰跃、吴文齐博士、詹焱程博士为论文共同第一作者。

天津医科大学基础医学院/肿瘤医院张恒课题组长期从事免疫防御系统相关基础研究，聚焦新型核酸中心型微生物免疫系统的功能与分子机制，并开展衍生技术工具的开发与应用转化，以通讯作者在Nature, Nature Microbiology, Nature Chemical Biology, Molecular Cell, Cell Research等期刊发表研究论文。课题组现招聘测序、微生物学、生物化学等方向博士后，欢迎联系。实验室官网：https://www.zhanglab.life/

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.02.017

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