综述：解锁CRISPR相关转座子的潜力：从结构到功能的见解

（编辑推荐）本综述系统阐述了CRISPR相关转座子（CASTs）作为新型基因组编辑工具的突破性进展。通过RNA引导实现无DNA双链断裂（DSBs）的大片段精准插入，其独特的转座机制（分Class 1/2两类）规避了传统CRISPR-Cas系统的局限性。结构生物学进展为优化CASTs在细菌及哺乳动物细胞中的应用提供了关键理论支撑，为合成生物学和基因治疗开辟了新路径。

　　

Highlights

无断裂编辑的革命性突破
CRISPR相关转座子（CASTs）通过RNA引导实现DNA精准插入，完全规避了传统CRISPR-Cas系统依赖的双链断裂（DSBs）修复机制。这种特性使其在保留长片段DNA（如全长基因）整合能力的同时，显著降低了脱靶效应和细胞毒性。

分类与机制解析
CASTs根据CRISPR模块差异分为Class 1和Class 2：

• Class 1采用多亚基复合物（如Cascade系统）识别靶位点

• Class 2使用单一效应蛋白（如Tn7-like转座酶）
  冷冻电镜研究揭示了转座酶招募过程中关键界面残基的变构调控，为理性设计高特异性突变体提供了结构基础。

应用前景与挑战
在细菌中，CASTs已实现>10 kb外源DNA的高效整合（效率达80%）。但在哺乳动物细胞中仍面临染色质屏障和递送效率限制。最新工程化策略通过融合核定位信号（NLS）和染色质开放因子（如P300），使人类细胞插入效率提升3倍。

Abstract

CASTs代表了第三代基因组编辑技术的核心发展方向。其核心优势在于：

1. 无需同源定向修复（HDR）即可完成精准插入

2. 克服了碱基编辑器和Prime editors的尺寸限制

3. 通过定向进化获得的突变体（如Tn5-CAST）展现出<0.1%的脱靶率
   目前研究重点聚焦于：

• 开发哺乳动物特异的启动子系统

• 优化转座子末端重复序列以增强整合可控性

• 建立组织特异性递送方案（如AAV载体改造）
  这些进展将推动CASTs在镰刀型贫血症等遗传病治疗中的转化应用。