自1948年Barbara McClintock首次報道轉座子以來¹，這類跳躍遺傳元件對宿主演化的重要意義逐漸被揭示^2-5。其中，DNA轉座子作為主要類型之一，長期以來備受關注。然而，由於以往多為個案研究，DNA轉座子活性的決定因素與進化模式的一般規律尚不清晰。不僅如此，盡管DNA轉座子可作為基因工程工具用於插入誘變或轉基因載體^6,7，但目前隻有Sleeping Beauty（SB）等少數幾種轉座子得到了開發和廣泛應用。因此，係統挖掘具有不同功能特點的轉座子工具亟待開展⁸。

2024年6月5日，必威精装版app西汉姆联 張勇和王皓毅研究組在Cell雜誌上在線發表題為“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個在人源細胞中具有轉座活性的新型DNA轉座子，係統解析了DNA轉座子的活性相關因素和進化動態。這些具有不同功能特點的轉座子拓展了相關基因工程工具箱；尤為重要的是轉座子Mariner2_AG（MAG）在CAR-T免疫治療實驗中展示出高活性，具有臨床應用價值。

具體而言，研究團隊首先建立了遺傳多樣性數據的挖掘模式（圖1A），基於生物信息分析從102個無脊椎和脊椎動物基因組中預測了130個潛在活躍的DNA轉座子；人源細胞中的高通量篩選實驗進一步驗證了40個轉座子具有異源轉座活性（圖1B）。其中，來自蚊子的Mariner2_AG、來自洞穴魚的Tc1-2_St等轉座子活性超越了經過大量優化的SB100X。

這一結果將哺乳動物中活躍轉座子載體的數目從20提升至了60，大幅拓展了其進化多樣性（圖2）。研究團隊通過比較活躍與不活躍的轉座子，發現高活性DNA轉座子富集在Tc1/mariner超家族；這與該超家族轉座子頻繁發生水平基因轉移的特點相吻合。在轉座子的來源物種、家族、年齡和完整拷貝數等各類進化信息中，拷貝數最能準確預測其在人類細胞中的活性有無。

研究者探究了影響轉座活性的序列特點。在Tc1/mariner超家族中，轉座子末端的反向重複（TIR）如果相對較長並其內部包含正向重複（IR-DR），那麼該轉座子更有可能有活性（圖2、3A），且其活性也較高（圖3B）。除了非編碼區特征外，研究者也在轉座酶編碼區證實了Tc1家族和hAT超家族中對轉座活性具有重要影響的已知功能性位點的絕對保守性^9,10，同時還報道了更多新的功能氨基酸位點（圖3C）。

考慮到其作為基因工程工具的潛在可能，研究者進一步探究了新型轉座子的整合偏好性和基因承載能力等功能屬性。來源於不同超家族的高活性轉座子展示出三種整合偏好模式（圖4）：一是接近於隨機的整合模式，如Tc1家族成員；二是偏好於異染色質區域，如piggyBac-1_AMi轉座子；三是偏好於轉錄活躍區域，如hAT超家族成員。這些DNA轉座子的整合偏好性差異代表其在不同領域的應用潛力，例如第三種轉座子可用於增強子或基因定位分析。基因承載能力分析則顯示出活性最高的Mariner2_AG轉座子在該方麵的明顯優勢：其在承載10kb的外源基因時仍可表現出高達30%的轉座效率。

研究團隊最後對MAG轉座子用於CAR-T免疫治療的能力進行了初步探索，揭示了其作為基因治療載體的優越性（圖5）。相比於常用的慢病毒和SB100X載體（特別是前者），MAG轉座子製備的CAR-T細胞在人 Burkitt's 淋巴瘤細胞係Raji構建的惡性血液瘤模型和人肺鱗癌細胞係NCI-H226構建的實體瘤模型中展現了更佳的治療效果與更長的存活時間。

綜上所述，該研究基於自然界的動物遺傳多樣性開展了迄今為止最大規模的DNA轉座子活性篩選，獲得了目前最大的活躍DNA轉座子載體數據集。這不僅揭示了與轉座活性相關的進化因素和功能特征，還擴展了基於DNA轉座子的遺傳工具箱。

該研究由必威精装版app西汉姆联 、中國科學院大學、北京中醫藥大學、四川大學華西醫院等機構合作完成。必威在线网址 博士生張童童、副研究員譚生軍、助理研究員唐娜、博士生李源清為該研究共同第一作者，必威在线网址 張勇研究員和王皓毅研究員為共同通訊作者。張晨澤、孫晶、郭言言、高暉、蔡瑜佳、孫文、王晨鑫、傅良政、馬慧靜、吳亞超、胡曉璿、張雪純、Peter Gee、閆衛華、趙亞輝、陳強、郭寶成等合作者在文章寫作、實驗和計算分析等方麵提供了大力支持。該研究得到了自然科學基金（32325014）、農業農村部（2023ZD0407401）、重點研發計劃（2019YFA0802600，2019YFA0110000）、科學院（ZDBS-LY-SM005，XDA16010503）等項目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.007

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圖1. 係統篩選活躍DNA轉座子。A）預測活躍DNA轉座子的生物信息學分析流程。B）實驗驗證體係及40個活躍DNA轉座子的轉座活性。

圖2. 130個新型DNA轉座子和20個已知活躍DNA轉座子的進化樹。

圖3. 活躍轉座子的固有屬性。A）Tc1/mariner超家族轉座子的四種TIR-DR結構。B）Tc1家族中，具有長TIR和短TIR的活躍轉座子的轉座活性分布情況。C）Tc1家族活躍轉座酶的保守氨基酸位點。

圖4. 不同家族高活性轉座子的插入偏好。

圖5. MAG轉座子製備的CAR-T細胞功能評估。A）CAR-T細胞製備及功能評估流程。B）接種人 Burkitt's 淋巴瘤細胞係Raji的小鼠在接受不同處理後的荷瘤情況。C）接種人 Burkitt's 淋巴瘤細胞係Raji的小鼠在接受不同處理後的生存曲線。D）接種人肺鱗癌細胞係NCI-H226的小鼠在接受不同處理後的腫瘤體積變化。