自1948年Barbara McClintock首次報(bào)道轉(zhuǎn)座子以來，這類跳躍遺傳元件對宿主演化的重要意義逐漸被揭示。其中，DNA轉(zhuǎn)座子作為主要類型之一而備受關(guān)注。然而，由于以往工作多為個案研究，DNA轉(zhuǎn)座子活性的決定因素與進(jìn)化模式的一般規(guī)律尚不清晰。盡管DNA轉(zhuǎn)座子可作為基因工程工具用于插入誘變或轉(zhuǎn)基因載體，但目前只有Sleeping Beauty等少數(shù)幾種轉(zhuǎn)座子得到開發(fā)和應(yīng)用。因此，挖掘具有不同功能特點(diǎn)的轉(zhuǎn)座子工具亟待開展。6月5日，中國科學(xué)院動物研究所張勇和王皓毅研究組在《細(xì)胞》（Cell）上在線發(fā)表了題為Heterologous survey of 130 DNA transposons in human cells highlights their functional divergence and expands the genome engineering toolbox的研究論文。該研究篩選到40個在人源細(xì)胞中具有轉(zhuǎn)座活性的新型DNA轉(zhuǎn)座子，解析了DNA轉(zhuǎn)座子的活性相關(guān)因素和進(jìn)化動態(tài)。這些具有不同功能特點(diǎn)的轉(zhuǎn)座子拓展了相關(guān)基因工程工具箱。尤為重要的是，轉(zhuǎn)座子Mariner2_AG（MAG）在CAR-T免疫治療實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出高活性，具有臨床應(yīng)用價(jià)值。該研究建立了遺傳多樣性數(shù)據(jù)的挖掘模式，基于生物信息分析在102個無脊椎和脊椎動物基因組中預(yù)測了130個潛在活躍的DNA轉(zhuǎn)座子。人源細(xì)胞中的高通量篩選實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了40個轉(zhuǎn)座子具有異源轉(zhuǎn)座活性。其中，來自蚊子的Mariner2_AG以及來自洞穴魚的Tc1-2_St等轉(zhuǎn)座子活性超越了經(jīng)過大量優(yōu)化的SB100X。這一成果將哺乳動物中活躍轉(zhuǎn)座子載體的數(shù)目從20提升至60，拓展了其進(jìn)化多樣性。該研究通過比較活躍與不活躍的轉(zhuǎn)座子，發(fā)現(xiàn)高活性DNA轉(zhuǎn)座子富集在Tc1/mariner超家族。這與該超家族轉(zhuǎn)座子頻繁發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)吻合。該研究探討了影響轉(zhuǎn)座活性的序列特點(diǎn)。在Tc1/mariner超家族中，轉(zhuǎn)座子末端的反向重復(fù)若相對較長且其內(nèi)部包含正向重復(fù)，那么該轉(zhuǎn)座子更可能有活性且活性較高。除了非編碼區(qū)特征外，研究在轉(zhuǎn)座酶編碼區(qū)證實(shí)了Tc1家族和hAT超家族中對轉(zhuǎn)座活性具有重要影響的已知功能性位點(diǎn)的絕對保守性，并報(bào)道了更多新的功能氨基酸位點(diǎn)?？紤]到新型轉(zhuǎn)座子作為基因工程工具的潛在可能，科研人員進(jìn)一步剖析了新型轉(zhuǎn)座子的整合偏好性和基因承載能力等功能屬性。來源于不同超家族的高活性轉(zhuǎn)座子展示出三種整合偏好模式——接近于隨機(jī)的整合模式如Tc1家族成員、偏好于異染色質(zhì)區(qū)域如piggyBac-1_AMi轉(zhuǎn)座子、偏好于轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域如hAT超家族成員。這些DNA轉(zhuǎn)座子的整合偏好性差異代表其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，如第三種轉(zhuǎn)座子可用于增強(qiáng)子或基因定位分析?；虺休d能力分析則顯示出活性最高的Mariner2_AG轉(zhuǎn)座子在這一方面的優(yōu)勢，即Mariner2_AG轉(zhuǎn)座子在承載10kb的外源基因時(shí)可表現(xiàn)出高達(dá)30%的轉(zhuǎn)座效率。該團(tuán)隊(duì)初步研究了MAG轉(zhuǎn)座子用于CAR-T免疫治療的能力，揭示了MAG轉(zhuǎn)座子作為基因治療載體的優(yōu)越性。相比于常用的慢病毒和SB100X載體，MAG轉(zhuǎn)座子制備的CAR-T細(xì)胞在人Burkitt's淋巴瘤細(xì)胞系Raji構(gòu)建的惡性血液瘤模型和人肺鱗癌細(xì)胞系NCI-H226構(gòu)建的實(shí)體瘤模型中，展現(xiàn)了更佳的治療效果與更長的存活時(shí)間。該研究基于自然界的動物遺傳多樣性開展了迄今為止最大規(guī)模的DNA轉(zhuǎn)座子活性篩選工作，獲得了目前最大的活躍DNA轉(zhuǎn)座子載體數(shù)據(jù)集。上述成果揭示了與轉(zhuǎn)座活性相關(guān)的進(jìn)化因素和功能特征，并擴(kuò)展了基于DNA轉(zhuǎn)座子的遺傳工具箱。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院等的支持。論文鏈接系統(tǒng)篩選活躍DNA轉(zhuǎn)座子130個新型DNA轉(zhuǎn)座子和20個已知活躍DNA轉(zhuǎn)座子的進(jìn)化樹