超越CRISPR！桥接重组酶实现人类细胞中兆碱基级DNA的精准重排

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《Science》双发：超越CRISPR！桥接重组酶实现人类细胞中兆碱基级DNA的精准重排
. n# L( @. s0 N来源：iNature 2026-03-15 09:04- C9 B/ ?9 \- V7 P! e9 B  Z
该研究推出 ISCro4 作为一种桥梁重组酶系统，它开创性地实现了首个单一效应器、基于 RNA 的技术，能够对人类基因组进行可编程的百万碱基规模编辑。
' _9 R/ ^. {! L1 V( e% C桥接重组酶（Bridge recombinases）是自然界中存在的由 RNA 引导的 DNA 重组酶，在体外以及在大肠杆菌中实现 DNA 的可编程插入、切除和反转。
/ F  e4 j5 \% |; G2025年9月25日，加利福尼亚大学伯克利分校Patrick D. Hsu团队在Science 在线发表题为“Megabase-scale human genome rearrangement with programmable bridge recombinases”的研究论文，该研究报告了桥接重组酶同源物 ISCro4 的发现及工程应用，用于人类基因组的通用重组。
' i- n8 j# t) u该研究制定了桥接系统的最佳应用策略，利用机制方面的见解来提高其靶向特异性。通过对 ISCro4 桥接 RNA 的理性工程以及对其重组酶的深度突变扫描，实现了高达 20%的插入效率到人类基因组，并且基因组范围的特异性高达 82%。该研究还证明了染色体内的反转和切除，移动了高达 0.93 兆碱基的 DNA。最后，该研究为基于质粒的疾病相关基因调控区域或重复扩增的切除提供了概念验证。) s" W/ N7 z. b; W' u! W
另外，2026年2月5日，瑞士苏黎世大学Martin Jinek团队在Science 在线发表题为“Programmable genome editing in human cells using RNA-guided bridge recombinases”的研究论文，该研究展示了桥接重组酶 ISCro4 在人类细胞中具有高度活性，并为其增强的活性提供了结构方面的见解。通过质粒或全 RNA 基础的递送方式，ISCro4 支持可编程的多达千碱基切除和反转，并在基因组位点上促进供体 DNA 的插入，其效率超过 6%。最后，该研究评估了 ISCro4 的特异性和脱靶活性。这些结果为开发桥接重组酶作为下一代用于超越当前技术能力的编辑方式的工具奠定了框架。
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% z' `$ @) s, R4 {; }对人类基因组的编辑极大地推动了生物学和医学的发展，但目前的工具仍受到其所能进行的编辑长度范围的限制。CRISPR 系统能够实现精确且可编程的改变，但它们仅限于相对较小的 DNA 改变。相比之下，重组酶能够调动大的 DNA 片段，但它们只能在固定的或预先安装的识别位点上进行操作，通常会留下不必要的序列痕迹。一种将可编程的精确性与能够插入、切除或反转数百万碱基大小的 DNA 片段的能力相结合的方法，将极大地扩展我们研究和治疗人类疾病的能力。
0 j( T+ m( ^6 y通过筛选数十种天然变异体，该研究发现了一种名为 ISCro4 的桥梁重组酶，其在人类细胞中具有强大的活性。通过结构建模、RNA 工程以及重组酶蛋白的深度突变扫描，该研究构建了一个优化系统，该系统在插入新 DNA 到选定位点方面实现了高达 20%的效率和 82%的特异性。值得注意的是，增强版的 ISCro4 还能够进行接近 1Mb 的可编程、精确且无疤痕的倒位以及超过 100kb 的切除事件，且没有明显的距离依赖性。
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开发用于人类细胞中百万碱基规模基因组重排的桥接重组酶（图源自Science ）
& Q$ k$ Z. `! ~8 H& T! Y* D$ n为了展示其治疗潜力，研究人员编程 ISCro4 来切除 BCL11A 增强子，这是一个临床验证的镰状细胞贫血治疗靶点，以及去除导致弗里德赖希共济失调的扩增 GAA（G，鸟嘌呤；A，腺嘌呤）重复序列。这些概念验证应用表明，桥梁重组酶能够处理当前方法无法触及的疾病相关的基因组损伤。/ k6 `3 t. I" G4 G9 ^4 a& k
总之，该研究推出 ISCro4 作为一种桥梁重组酶系统，它开创性地实现了首个单一效应器、基于 RNA 的技术，能够对人类基因组进行可编程的百万碱基规模编辑。通过将 CRISPR 的靶向灵活性与重组酶的载荷移动性相结合，该技术能够实现以前无法实现的灵活且大规模的 DNA 重排。桥梁重组酶能够在任意新的规模上修改基因组，从单个基因插入到百万碱基大小的重排，这为理解细胞功能和人类疾病病理学开辟了巨大的潜力。' L% S8 @9 Y1 \' }8 P
参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz0276/ }8 h) G. W+ o; {6 I6 ~$ P+ B

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