由RNA引导的可编程核酸酶系统，以CRISPR-Cas系统为代表，已被广泛应用于基因组编辑。与CRISPR RNA（crRNA）的单间隔序列配置不同，串联间隔向导RNA（TIGR）系统的向导RNA（tigRNA）具有双间隔序列排列，从而引导TIGR相关（Tas）蛋白结合目标双链DNA（dsDNA）的两条链。
2026年4月2日，天津医科大学张恒独立通讯在Molecular Cell在线发表题为Molecular basis for dual-spacer-guided target cleavage by the TIGR-TasH system的研究论文。该研究解析了Salicola噬菌体TIGR-TasH复合物的六个冷冻电镜结构。TasH蛋白的中央卷曲螺旋区域介导其二聚化，而其C端的核仁蛋白（Nop）结构域能够自主加工前体tigRNA。
在结合目标DNA后，动态的N端HNH核酸酶结构域通过一个β-发夹结构被募集并执行切割，该发夹结构也决定了靶标偏好性。更有趣的是，tigRNA中保守的box C基序以腺嘌呤特异性的方式稳定了这一β-发夹结构，这使作者能够理性设计出一种由向导RNA定义的切口酶。该策略不同于基因组编辑中常用的基于蛋白质改造的传统切口酶方案。
原核生物CRISPR-Cas系统的效应蛋白在抗病毒防御中执行向导RNA（CRISPR RNA，crRNA）介导的核酸切割作用。与通常仅靶向双链DNA（dsDNA）一条链的crRNA不同，串联间隔向导RNA（TIGR）系统中的串联间隔向导RNA（tigRNA）通过其串联间隔序列排列，能够识别dsDNA底物的两条互补链。这种独特的tigRNA结构和靶标识别策略使TIGR系统成为一种极具前景的基因操作工具。
与位于cas基因附近的CRISPR阵列类似，TIGR阵列也存在于tas基因旁侧，并被加工成成熟的短小tigRNA。在热变形菌门古菌的TIGR-TasR（TaTasR）系统中，tigRNA的加工需要TaTasR蛋白和未知的宿主RNase共同参与，这让人联想到CRISPR-Cas9系统中由宿主RNase III介导的crRNA成熟过程。
然而，目前尚不清楚TIGR系统中是否存在其他tigRNA成熟机制，类似于CRISPR-Cas系统中的某些机制，例如Cas12和Cas13蛋白对前体crRNA的内在自我加工能力（该特性已被用于多重基因组编辑）。
成熟的tigRNA结构为5′-边缘重复序列-间隔序列A-环状重复序列-间隔序列B-边缘重复序列-3′。重复序列区域包含保守的box C/D基序，它们以类似于小核仁RNA（snoRNA）功能的方式，与Tas蛋白的核仁蛋白（Nop）结构域相互作用。除了Nop结构域及其前方的卷曲螺旋（CC）结构域外，根据其各自独特的N端融合结构域，Tas蛋白主要分为三种类型（TasA、TasH和TasR）。TasH和TasR蛋白分别含有HNH和RuvC核酸酶结构域，而TasA蛋白则不包含此类N端融合结构域。
有趣的是，HNH和RuvC核酸酶结构域也常见于CRISPR系统。例如，Cas9蛋白利用HNH结构域切割与向导RNA互补的靶链，利用RuvC结构域切割非靶链。这种结构域排布使得通过蛋白质突变将Cas9改造为切口酶成为可能，为广泛应用的碱基编辑和先导编辑技术奠定了基础。相比之下，TasR系统则可通过间隔序列的单点突变被改造为切口。
模式机理图（图片源自Molecular Cell）
重要的是，小尺寸的TIGR-Tas系统已被成功改造，用于在人类细胞中进行无需原型间隔序列相邻基序（PAM）的基因组编辑。然而，鉴于目前仅解析了TasR与dsDNA结合的结构，TIGR系统详细的工作周期，包括其游离状态、无靶标结合状态、靶标结合状态以及不可切割靶标结合状态，仍然缺失，尤其是对于TasH系统。
此外，TIGR系统中的Nop和CC结构域在序列上存在差异，暗示了这些系统内部可能存在机制多样性。为了阐明TIGR-Tas系统的分子机制，作者对TasH系统进行了生物化学和结构表征，并与TasR系统进行了系统性比较。
这项工作不仅揭示了TIGR系统在tigRNA生物发生、复合物组装和底物识别方面的多样性特征，也为未来的机制研究和应用（如多重基因组编辑和基于切口酶的工具开发）提供了结构蓝图。
原文链接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(26)00131-0