Molecular Cell | 薛超友/楼慧强/饶书权团队揭示IS110转座子RNA引导转座机制

转座子是驱动基因组进化的重要遗传元件，也是 开发 新型基因编辑工具的重要来源。近年来， IS110 家族转座子被发现可利用非编码 RNA 引导 DNA 转座，其 通过桥接 RNA （ bRNA ） 能够同时识别 供体 DNA 与靶 DNA ，从而实现 R NA 引导的可编程 D NA 整合。研究表明 I S110 系统可能代表一类不同于经典的 C RISPR-C as 核酸酶的新型基因编辑体系，其有望在无需引入 D NA 双链断裂损伤、 提升 非分裂细胞编辑、大片段插入等 方面展现独特优势。然而， IS110 转座反应如何发生、供体位点如何 实现靶向插入、是否存在多种反应路径等方面 仍存在诸多机制盲区和学术争议，限制了对该系统的理解和工程化改造。

2026年6月1日， 中国科学院天津工业生物技术研究所薛超友团队 联合中国农业大学楼慧强团队 、 中国医学科学院血液病医院饶书权团队 在Molecular Cell发表了题为IS110 transposon utilizes two mechanistically distinct RNA-guided transposition pathways的研究论文。 以 Caloranaerobacter azorensis 来源的 Caz IS110-1 转座元件为研究模型，利用体内遗传学、体外生化重构、转座中间体与关键残基突变验证系统解析了RNA引导的IS110转座分子机制，首次证明IS110具有两条不同RNA引导的转座路径，为理解IS110转座过程建立了新的机制框架。

本研究 发现 IS110 转座子 并不遵循此前推测的经典 “ cut -out-paste-in ” 机制，而是通过 两条机制不同的 R NA 引导路径实现转座。其中， 第一条通路依赖全长 bRNA ， 通过上链切割、供体位点重接等 步骤 ，形成类似 “figure-of-eight” 的转座中间体，并进一步完成 RNA 引导的 DNA 整合。该通路揭示了 IS110 在实现供体 D NA 产生过程中如何维持其基因组稳定性。第二条通路是 一条此前未被认识的非经典 RNA 引导“ direct-transfer ”通路。该通路不依赖传统环状 DNA 中间体的形成，而是由 TBL-only RNA 与全长 bRNA 在不同反应阶段发挥作用，通过两个连续的链转移步骤，将转座子 DNA 直接转移至 RNA 指定的靶位点。该发现突破了以往对转座过程必须依赖特定 DNA 中间体的认识，揭示了 RNA 引导转座反应中前所未有的机制多样性，也为解释 IS110 系统在体内的稳定存续与扩散提供了新的分子基础。进一步的机制研究表明， IS110 转座酶中的 RuvC 样催化中心与 Tnp 结构域中的保守丝氨酸残基共同构成复合催化中心，参与 DNA 切割、蛋白 -DNA 共价中间体形成以及后续链转移反应。通过关键催化残基突变、体外反应重构和中间体检测，研究明确了这些保守残基在不同转座步骤中的功能贡献，为理解 IS110 系统的催化机制提供了直接证据。

综上，该研究系统阐明了IS110转座子两条机制不同的RNA引导转座通路，完善了RNA引导转座的理论体系，为进一步改造IS110系统、开发安全高效的新一代可编程基因组编辑工具提供了重要机制基础和理论指导。

图 1 由 RNA 引导的两种转座途径模型图

中国农业大学硕士研究生孙轩龙、中国科学院大学博士 研究生 杨晨和中国科学院天津工业生物技术研究所的助理研究员蔡朝辉为论文的共同第一作者。 中国科学院天津工业生物技术研究所薛超友研究员、中国农业大学生物学院楼慧强教授和中国医学科学院血液 病医院 饶书权 研究员为论文共同通讯作者 。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276526003151

薛超友团队长期围绕 非模式工业菌株 基因编辑技术展开研究，相关成果发表于 Nature ( 2024) 、 Mol Cell ( 2019, 2021 和 2026) 、 Nat Commun (2022 和 2026) 、 Cell Reports (2024) 、 Cell Genomics (2024 ) 、 Nucleic Acids Research (2024) 等杂志。诚邀生物化学、分子生物学、遗传学等背景的优秀人才加入；岗位包括博士研究生、博士后及科研助理。

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