CRISPR+转座子=编辑神器？一文看懂CASTs最新进展！

莺歌燕舞

在基因编辑领域，如何实现高效、精准且安全的大段DNA插入一直是行业难题。近日发表于Trends in Genetics的综述《Unlocking the potential of CRISPR-associated transposons: from structural to functional insights》，全面梳理了CRISPR相关转座子（CASTs）技术的结构基础、分子机制及其在基因组编辑中的应用进展，为行业带来了诸多启示。


一、CASTs是什么？
CASTs是一类天然存在于细菌中的“RNA指导型转座系统”。与常规的CRISPR-Cas9等核酸酶工具相比，CASTs无需引入DNA双链断裂（DSB），通过转座酶系统将大段外源DNA精准插入基因组。这意味着脱靶效应更低，对细胞生理环境依赖更小，尤其适合于插入大于1-3kb的多组分DNA序列。
二、两大类系统，机制有何不同？
CASTs分为Class 1（如I-F、I-B、I-D型）和Class 2（如V-K型）。
Class 1采用多蛋白Cascade复合体和TnsA/B/C，走“剪切-粘贴”（cut-and-paste）路线，实现完整转座子切除和精确插入（图1B、C）。
Class 2以Cas12k为核心，缺少TnsA，采用“复制-粘贴”（copy-and-paste）机制，插入常伴随供体DNA复制，易产生“cointegrate”产物（图1B、C）。



图1

三、结构见解助力工具优化
文章系统对I-F3、I-B2、V-K等代表性CAST的高分辨率结构进行了剖析：
靶点识别与R-loop形成：如I-F3b系统中，Cas8–Cas5通过与PAM序列结合实现目标定位（图2A），R-loop完整形成后招募TniQ与TnsC，启动转座（图2B）。



图2

转座酶复合体组装：I-B2和V-K型结构揭示了TnsB/TnsAB与TnsC的精妙配合（图3B、C），对工程化改造具有指导意义。



图3

TnsC装配多样性：I-F3和I-B2型TnsC以七聚体环结构存在，而V-K型形成六聚体丝状结构（图4A、B），影响后续转座效率与特异性。



图4

四、实际应用数据
细菌基因组编辑：I-F3型INTEGRATE系统在E. coli中插入775bp时效率高达25%，优化后近100%；MUCICAT平台可实现15.4kb大段DNA的多拷贝精准插入。
哺乳动物细胞尝试：目前效率尚低（如PseCAST在HEK293T中插入1.3kb效率约1%），但随着系统的不断优化与新因子的引入，已初见希望。
本综述不仅梳理了CAST系统的结构与机制，还首次系统总结了其在原核与真核系统中的应用数据和最佳实践，为基因编辑从业者提供了技术选择、系统优化和应用落地的权威参考。
CASTs的出现，意味着基因编辑技术有望突破“剪刀”时代，迈向“精密组装”新阶段。对于行业从业者来说，这不仅是工具的升级，更是应用场景的扩展。想要实现真正的大规模、精确、安全的基因组工程，CAST系统值得持续关注与深度研究。
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