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介绍

撰写者|王承志

NgAgo首次被发现有DNA内切酶活性

自2016年5月河北科技大学副教授韩春雨及其合作者在《自然生物技术》杂志《自然-生物技术》发表NgAgo可能作为哺乳动物细胞基因编辑工具以来，科学界社区一直关心NgAgo是否真的可以进行基因组编辑。讨论从未停止过。由于实验结果无法复制，这篇备受争议的论文在发表一年零三个月后就被作者撤回。然而，科学家们一直在试图了解NgAgo和其他Argonaute家族蛋白是否真的可以取代CRISPR系统作为基因编辑工具。潜在的。

2021年9月3日，普渡大学Kevin Solomon团队在期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）报道的最新进展表明，他们确实看到了NgAgo作为DNA核酸内切酶的活性，但这种活性与韩春雨与此前报道的情况并不相同。

在上述研究中，研究人员还发现，NgAgo在非嗜盐宿主（如大肠杆菌）中的表达量很低，基本以不溶性形式存在。即使在重折叠后，大多数NgAgo 蛋白仍然不溶且不活跃。

然而，在细胞破碎的上清液中，存在少量可溶形式的NgAgo蛋白。研究人员发现，可溶性NgAgo可以在体外切割质粒和基因组DNA，并且这种活性不依赖于引导DNA（gDNA）。

进一步研究发现，在反义gDNA（与目标DNA互补）存在的情况下，大多数切割（97%）发生在其相应的DNA位点，而有义gDNA（与目标DNA相同的序列）则无法引导NgAgo切割发生。值得注意的是，研究人员发现NgAgo的切割活性是单链切口（nicking），而不是像Cas家族蛋白那样是双链切口。

此外，研究人员发现NgAgo可以借助gDNA在大肠杆菌中实现基因编辑。这种编辑通常是通过在gDNA 3' 末端1 nt 处切割目标DNA 来进行的。实验还证实NgAgo的裂解活性结构域PIWI对于其在大肠杆菌中的编辑能力是必需的。

事实上，早在2019年4月，团队就在佛罗里达州奥兰多举行的美国化学会年会上报告了这一发现，并在预印本论文平台bioRxiv上发表了其结果。但由于某种原因，直到最近才正式发布。

这一结果能证明韩春雨是对的吗？

这项研究首次在体外和体内（大肠杆菌中）证实了NgAgo确实具有DNA核酸内切酶活性，这是理解NgAgo的又一大进步。此前的研究表明，NgAgo 可以与靶基因结合，阻断其转录，并且可能具有RNA 编辑活性，但没有人真正看到对DNA 的切割活性。

Argonaute家族的一些蛋白的特性，例如不需要PAM序列以及使用DNA代替RNA（容易形成二级结构而变得无效）作为引导序列，可以弥补CRISPR基因编辑系统的许多缺点，所以生物界寄予厚望。

科学家发现其他Argonaute家族蛋白，如TtAgo、MpAgo、PfAgoa和MjAgo确实具有基因编辑活性，但它们必须在55C以上的高温环境下工作，这阻碍了科学家开发它们在细胞中工作。基因编辑工具。

NgAgo 的天然宿主可以在37C 下生长。如果能够实现细胞内的基因编辑，将大大拓宽基因编辑工具箱的范围。然而随后的研究无一例外地发现NgAgo在细胞中不具有基因编辑活性。这将NgAgo这个名人推到了风口浪尖。

Kevin Solomon团队的这项研究证实了NgAgo的DNA切割活性，表明该蛋白可能有潜力成为基因编辑工具。

不过，这并不意味着韩春雨最初的论文结论得到了证实。

相反，这篇文章的实验基本否定了哺乳动物细胞中NgAgo基因编辑的可能性。

首先，NgAgo在生理盐浓度条件下溶解性极差，因此细胞内可溶部分的浓度很难达到基因编辑所需的量。

此外，哺乳动物细胞染色质中的组蛋白会抑制NgAgo 活性。大肠杆菌中没有组蛋白，这有助于NgAgo 发挥功能。

由于这些原因，NgAgo不太可能在哺乳动物细胞中发挥基因编辑活性，这与之前许多研究的结果一致。

该研究使NgAgo的功能研究向前迈进了一大步，并首次证实了NgAgo的DNA内切酶活性。至于NgAgo是否可以转化为适合哺乳动物细胞的基因编辑工具，还需要更多的探索。

王承志拥有北京大学医学院病原生物学博士学位，目前在一家初创公司工作。

参考：