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在不诱导双链断裂的情况下，实现大尺寸DNA载荷（≥2 kb）的可编程整合，仍然是基因组编辑技术面临的重大挑战。现有方法在可编程性方面存在局限，依赖多种组分的共同递送，需要多个酶促步骤，或在靶位点编辑结果上表现出较大变异性。在此，我们利用从头蛋白质设计来应对这一挑战，构建出高活性、自然界中不存在的新型RNA引导转座子。我们的策略利用了CRISPR相关转座子（CAST）的模块化架构，对其保守的转座机制进行重构，使其能够与被广泛采用的Cas9相衔接。所得系统被我们命名为NovoCAST，它将CAST的架构从八种不同蛋白简化为四种，构建出迄今为止最简单的CAST系统。NovoCAST表现出界限清晰的整合特征，相较于亲本PmcCAST其活性提高了500倍，并具有广泛的可编程性。通过结构和生化分析，我们证实所设计的蛋白质能够按预期折叠并发挥功能。最后，我们展示了该系统在人类细胞中实现稳健的可编程基因组整合，凸显了其在研究和治疗中的广泛应用潜力。总之，这些结果确立了从头蛋白质设计作为一种强有力策略，可用于构建高效的基因组编辑系统，并通过从头设计的蛋白质界面将CRISPR介导的DNA识别与异源功能相耦联。
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在基因组编辑技术中，不诱导双链断裂而实现大尺寸 DNA 载荷（≥ 2 kb）的可编程整合，仍然是一项挑战。当前方法在可编程性方面存在局限，依赖多组分共同递送，需要多个酶促步骤，或者在靶位点编辑结果上表现出可变性。在此，我们利用从头蛋白质设计来应对这一挑战，构建了具有高活性的、自然界中不存在的 RNA 引导转座系统。我们的策略利用了 CRISPR 相关转座子（CAST）的模块化结构，对其保守的转座机制进行重构，使其能够与广泛采用的 Cas9 相互衔接。由此得到的系统，我们称之为 NovoCAST，它将 CAST 的结构从 8 种不同蛋白简化为 4 种，建立了迄今为止最简单的 CAST。NovoCAST 表现出边界清晰的整合谱，相较于亲持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 5 月 29 日。
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使用计算蛋白质设计和自然界中不存在的新型工具进行可编程 DNA 整合
Hailey M Wallace
， Seong Guk Park
， Adam T. Smiley
， Tuba Şevik
， Shubham Dubey
， Shirin Fatma
， Sam Chau-Duy-Tam Vo
， Ethan Creed
， Alexandre Zanghellini
， Elizabeth H Kellogg
bioRxiv 2026.05.29.728539； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.29.728539
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使用计算蛋白质设计和自然界中不存在的新型工具进行可编程 DNA 整合
Hailey M Wallace
， Seong Guk Park
， Adam T. Smiley
， Tuba Şevik
， Shubham Dubey
， Shirin Fatma
， Sam Chau-Duy-Tam Vo
， Ethan Creed
， Alexandre Zanghellini
， Elizabeth H Kellogg
bioRxiv 2026.05.29.728539； doi： https://doi.org/10.64898/2026.05.29.728539
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.29.728539v1?rss=1
🏷️ 基因组编辑 CRISPR相关转座子 计算蛋白质设计 可编程DNA整合 RNA引导系统 人类细胞