基因编辑技术作为现代生物医学领域的重要工具，正不断推动疾病治疗、基因功能解析以及精准医疗的发展。近年来，CRISPR-Cas9系统凭借其高效、简便的特性，成为基因编辑的明星技术。然而，传统的Cas9蛋白庞大且对特定靶点的限制较多，限制了其在某些体内应用中的广泛推广。为解决此类限制，科学家们开始探索体积更小、功能强大的基于同源蛋白的编辑系统。IscB蛋白，作为OMEGA（Obligate Mobile Element Guided Activity）系统中的关键成员，因其天然结构紧凑且具备RNA引导的核酸酶活性，展现出极大潜力。通过进化引导的蛋白设计策略，研究者成功改造IscB，实现了体内持久且高效的表观基因组编辑，开启了基因调控新纪元。
IscB蛋白的独特优势体现在其紧凑的氨基酸链长度（约300-550个残基），显著小于传统的SpCas9，这使其更适合通过诸如腺相关病毒（AAV）等载体进行体内递送。同时，IscB具有双重核酸酶活性，能够调控DNA双链中的特定链切割，为精准改造提供了更多选择余地。IscB结合的ωRNA不仅具备引导功能，其复杂的二级及三级结构还为进一步的功能扩展，如融合其他效应域，铺平了道路。 为了提升IscB的基因编辑活性与特异性，研究团队采用了从自然多样性筛选到结构导向设计的多步工程方法。首先，经过对数百个IscB同源蛋白的筛选与功能验证，确定了OrufIscB为具备相对较高活性的优异候选。随后，通过AlphaFold2等先进的深度学习结构预测技术，识别并插入了来自相关Cas9蛋白的REC结构域片段，这一改造显著增加了蛋白对核酸杂合双链的结合面积与稳定性，从而延长了有效引导序列长度，提高靶向特异性。
进一步的优化通过设计REC结构域中的灵活环区交换（loop swap）实现，调节了蛋白与RNA-DNA杂合体的相互作用细节，兼顾活性与特异性，最终诞生了具备最佳性能的变体——NovaIscB。NovaIscB相较野生型OrufIscB在体外及细胞内均表现出高达100倍的诱导缺失（indel）效率，同时保持或优于Cas9的特异性标准，表现出广泛适用性。 除了蛋白质的工程改造，ωRNA的结构优化同样至关重要。通过结合Cryo-EM结构解析和渐进式试验，研究者鉴定出了多个非必需的RNA结构区域，成功实现了架构的缩短与表达量的提升。优化后的ωRNA缩小了长度，增强了稳定性，为单载体系统的设计奠定基础。同时，创新性地引入了分段激活机制（trans-activation），实现了对编辑酶活性的条件性控制，提升了安全性与灵活性。
NovaIscB系统的紧凑性使得它能够与功能域如腺嘌呤转移酶（ABE8e）及DNA甲基转移酶（Dnmt3A/3L）融合，开发出包括基因碱基编辑及表观基因组调控等多样化应用平台。特别是融合了甲基转移酶和KRAB抑制域的‘OMEGAoff’系统，可通过单一AAV载体递送，实现体内靶基因转录的长效稳定抑制。这种非破坏性基因调控途径不仅有效降低了基因表达，还在动物模型中表现出优异的安全性和持久效果。 体内实验进一步验证了OMEGAoff系统的潜力。针对小鼠胆固醇调节关键基因Pcsk9的体内编辑，显示出血清PCSK9蛋白与总胆固醇水平均显著下降，且效应持续超过六个月。此结果表明NovaIscB在精准基因调控和疾病治疗中具备强大的应用前景，尤其是在利用AAV等常见递送方法时，其紧凑结构优势明显。
此外，NovaIscB系统的特异性与活动性的平衡表现突出。与之前在工程IscB蛋白时常遇到的特异性牺牲活性的问题相比，NovaIscB凭借REC域的精细改造成功实现两者兼顾。这不仅体现了进化引导蛋白设计的独特优势，也为后续利用自然多样性与结构信息提升基因编辑工具性能提供了宝贵范本。 未来的研究方向集中于拓宽NovaIscB的靶向识别位点（TAM）范围及进一步增强其靶向活性。当前NovaIscB主要依赖于相对严格的NTAAA TAM序列，使目标选择存在一定局限。通过结构调整及域置换等方法扩大靶点兼容性，将极大提升其实用价值。
此外，将NovaIscB与其他功能域如逆转录酶等结合，有望开发出单载体RNA引导的高效碱基编辑和精准基因修饰工具。 结合上述技术成就和未来潜力，NovaIscB及其衍生编辑平台代表了基因组学及表观基因组学研究中的全新利器。其进化与结构双重导向的设计理念，将进一步助力科学界突破基因调控的瓶颈，促进个性化医疗、生物制药及基因治疗技术的发展。该系统的紧凑体积、高效特异和多功能融合能力，使其极具应用前景，尤其适合面向临床的安全高效体内基因编辑。 总之，NovaIscB的研发充分展现了自然多样性与现代蛋白质工程相结合带来的突破性进步。通过聚焦蛋白结构域插入、氨基酸突变及RNA构象重塑，该系统实现了编辑活性的跨越式提升与特异性的显著增强。
被成功应用于活体动物的表观基因组调节，更加凸显其在医学领域的广泛潜力，为未来疾病治疗和功能基因组学研究打开了崭新视野。随着该技术的不断完善及临床转化步伐的加快，NovaIscB或将成为精准基因调控的中坚力量。
