类型a：原创性研究学术报告
1. 研究团队与发表信息
本研究由Guilhem Faure、Makoto Saito、Max E. Wilkinson等共同第一作者（†标注）及通讯作者Feng Zhang（*标注）团队完成，团队成员来自Broad Institute of MIT and Harvard、McGovern Institute for Brain Research at MIT、Howard Hughes Medical Institute等机构。研究论文《TIGR-TAS: A family of modular RNA-guided DNA-targeting systems in prokaryotes and their viruses》于2025年5月发表于期刊《Science》（卷388，期6746，编号eadv9789），采用知识共享许可（CC BY 4.0）。
2. 学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于RNA引导的基因编辑系统领域，聚焦原核生物（如细菌、古菌）及其病毒中新型RNA引导的DNA靶向系统。
研究动机：尽管CRISPR-Cas系统已被广泛开发为基因编辑工具，但其依赖PAM序列等限制促使科学家探索更灵活的RNA引导系统。此外，真核生物中box C/D snoRNP（小核仁核糖核蛋白）和IS110转座酶的RNA引导机制暗示了未被发掘的多样性。
研究目标：通过结构同源性和序列挖掘，鉴定一类新型模块化RNA引导系统（TIGR-TAS），解析其工作机制，并验证其在人类细胞基因编辑中的应用潜力。
3. 研究流程与方法
（1）系统发现与结构挖掘
- 方法：以Cas9的RNA结合域（RBD）为起点，通过DALI和FoldSeek软件进行结构相似性搜索，发现IS110转座酶的RNA结合域与Cas9 RBD相似（Z-score=5.9）。进一步分析揭示其与box C/D snoRNP的NOP结构域同源。
- 创新工具：结合社区检测算法（Leiden算法）和蛋白质嵌入（ESM2模型）对NOP结构域家族聚类，鉴定出19个亚群，其中一类为TIGR-TAS系统。
（2）TIGR阵列与TAS蛋白的特征解析
- 研究对象：从噬菌体和寄生细菌基因组中鉴定出TIGR（Tandem Interspaced Guide RNA）阵列及关联的TAS（TIGR-associated）蛋白家族（包括TASA、TASH、TASR三类）。
- 实验验证：在大肠杆菌中异源表达TAS蛋白（如TATASR、SPTASH）及其TIGR阵列，通过小RNA测序发现阵列被加工为36 nt的tigrRNA，且加工依赖TAS蛋白但无需其核酸酶活性。
（3）靶向机制与切割特性
- 靶向规则：tigrRNA通过两个间隔区（spacer A/B）分别配对靶DNA的两条链，形成“双间隔区靶向”机制（图4a）。体外实验显示，TASR（含RuvC核酸酶）在靶DNA上产生8 nt 3′突出端的双链断裂，切割位点位于spacer第5碱基互补位点下游（“C−5规则”）。
- 无PAM依赖：通过随机化靶点侧翼序列的TAM筛选实验，证实TIGR系统无需PAM/TAM序列即可靶向DNA。
（4）结构解析与进化关联
- 冷冻电镜（cryo-EM）：解析TASR-tigrRNA-DNA复合物（3.1 Å分辨率，EMDB-48616，PDB 9MTY），显示TASR形成二聚体，tigrRNA呈“8字形”构象，与box C/D snoRNP和IS110转座酶结构相似（图6）。
- 进化意义：TAS蛋白的NOP结构域与真核生物snoRNP同源，提示RNA引导系统的共同起源。
（5）人类细胞基因编辑验证
- 实验设计：将人源密码子优化的TASR（如PARtasR）与合成tigrRNA共转染HEK293FT细胞，靶向B2M、CXCR4等基因位点。
- 结果：PARtasR在CXCR4位点产生3.6%的插入缺失（indel），编辑模式与Cas9相似（图5b-e）。
4. 主要结果与逻辑链条
- 结果1：发现TIGR-TAS系统通过tigrRNA的双间隔区靶向机制实现DNA识别，无PAM限制。
- 结果2：TASR的RuvC结构域切割DNA依赖tigrRNA引导，切割位点由“C−5规则”决定。
- 结果3：结构分析揭示TASR与snoRNP的进化关联，为RNA引导系统的多样性提供证据。
- 结果4：人类细胞中TASR可实现基因编辑，拓展了CRISPR以外的工具选择。
5. 研究结论与价值
- 科学价值：揭示了原核生物中新型RNA引导系统的多样性，填补了CRISPR与真核snoRNP间的进化空白。
- 应用价值：TIGR-TAS系统无需PAM的特性可扩展基因编辑靶点范围，为开发新型碱基编辑器或Prime编辑器提供基础。
6. 研究亮点
- 创新性发现：首次报道双间隔区RNA引导机制及无PAM依赖的DNA靶向。
- 方法学创新：结合结构挖掘、社区检测算法和冷冻电镜解析复合物结构。
- 跨域关联：建立原核TIGR系统与真核snoRNP、IS110转座酶的进化联系。
7. 其他价值
研究数据（序列、质粒、分析脚本）通过GitHub和Zenodo公开，促进工具开发。专利布局（Broad Institute和MIT联合申请）及作者Feng Zhang的商业化关联（如Editas Medicine）暗示其转化潜力。