SynTnpB蛋白

产品简介

SynTnpB是一类通过结构与进化指导的人工智能（AI）逆向折叠模型（ESM-IFI）生成的合成RNA引导核酸酶，属于TnpB家族（CRISPR-Cas12祖先）的非天然变体。设计策略结合了结构约束（固定催化DED三联体和关键结构残基）与进化约束（基于位置保守性和蛋白质-核酸共进化耦合力），有效平衡了序列多样性与功能保留，突破了基于序列的蛋白质语言模型（LM）仅能生成天然近同源物的限制。代表性变体v1和v5在人类HEK293T细胞中实现了46%和50%的BFP基因敲除效率（野生型ISDra2 TnpB为28%），在内源位点（EMX1）编辑效率较野生型提升3.8倍和3.1倍；在拟南芥原生质体中也表现优异。SynTnpB展示了AI生成的多结构域核酸酶可实现超越自然进化的序列多样性与功能活性，为可编程基因编辑工具的定制化设计开辟了新路径。

产品特性

•           AI驱动设计：使用ESM Inverse Folding（ESM-IFI）模型，以AlphaFold2预测的ISDra2 TnpB结构为输入骨架，生成具有非天然序列的合成TnpB变体

•           进化约束掩蔽策略：引入双重约束——（1）基于多序列比对的位置保守性（C_i阈值）；（2）基于Potts模型（GREMLIN）的蛋白质-核酸共进化耦合力（σ_i阈值），在生成过程中固定关键功能残基，最大化序列多样性

•           分结构域模块化设计：采用REC结构域（DNA识别）和NUC结构域（RNA结合/催化）的分割设计策略，分别生成并组合筛选，揭示REC结构域对序列替换更敏感，而NUC结构域容受性更高

•           序列多样性：变体与野生型ISDra2 TnpB的序列同源性为77%–91%（v7约77%，为最显著离群变体），远超基于序列语言模型生成的变体（>99%同源性）

•           高效人类细胞编辑：v1和v5在BFP敲除中分别达46%和50%编辑效率；内源位点（RUNX1、NIBAN1、EMX1、AGBL1）编辑效率为20%–35%，EMX1位点较野生型提升3.8倍

•           植物细胞编辑活性：在拟南芥原生质体AtPDS3基因四个靶位点中，v1表现优于野生型ISDra2 TnpB

•           结构解析：v7变体的冷冻电镜（cryo-EM）结构（2.8 Å）捕获了TAM结合中间态和R-loop形成态，揭示了AI引入残基（如K224R、Q227R、T228R、N4R等）在稳定RNA-DNA界面和促进构象转换中的作用

•           特异性与稳定性：v1特异性与野生型相当；v7熔解温度（Tm）为51.2°C，与野生型相当；体外切割实验显示v7保留靶链切割活性

产品参数

应用场景

•           定制化基因编辑工具开发：利用AI设计平台生成具有特定序列特征和活性谱的合成核酸酶，满足不同编辑需求

•           人类细胞精准基因编辑：在HEK293T等哺乳动物细胞中进行基因敲除、敲入和功能研究（v1/v5适用于高活性需求场景）

•           植物基因组编辑：在拟南芥等植物原生质体中进行基因功能研究（v1适用于植物编辑）

•           结构-功能机制研究：v7变体的cryo-EM结构为研究TnpB家族的构象激活机制提供了独特的结构快照

•           微型核酸酶递送：凭借约46 kDa的紧凑尺寸，适用于AAV和植物病毒载体介导的递送

文献参考

Skopintsev, P., Esain-Garcia, I., DeTurk, E. C., Yoon, P. H., Zhou, Z., Weiss, T., Kamalu, M., Chamraj, A., Loi, K. J., Langenberg, C. J., Boger, R. S., Nisonoff, H., Karp, H. M., Chen, L.-X., Shi, H., Vohra, K., Banfield, J. F., Cate, J. H. D., Jacobsen, S. E., & Doudna, J. A. (2026). Structure and evolution-guided design of minimal RNA-guided nucleases. Science, 383(6692), 316-323. https://doi.org/10.1126/science.adq6789