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중앙대학교

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Nucleic Acids Res., Aug 24 2026, 54 (16) gkag849 | https://doi.org/10.1093/nar/gkag849 Dual-mode application of transcriptional regulation and DNA editing using the ultra-compact TnpB system

Yeounsun Oh¹, Se-Been Jeon^2,3, Lee Wha Gwon^4,5, Bo-Woong Sim^2,6, Seung Hwan Lee^1,*

¹Department of Life Science, Chung-Ang University, Seoul 06974, Republic of Korea
²Futuristic Animal Resource & Research Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Cheongju 28116, Republic of Korea
³Department of Animal Science, College of Natural Resources & Life Science, Pusan National University, Miryang 50463, Republic of Korea
⁴National Primate Research Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Cheongju 28116, Republic of Korea
⁵KRIBB School of Bioscience, University of Science and Technology, Daejeon 34113, Republic of Korea
⁶Department of Functional Genomics, University of Science and Technology, Daejeon 34113, Republic of Korea

^∗To whom correspondence should be addressed.

Abstract

RNA-guided obligate mobile element guided activity systems derived from transposable elements have emerged as compact genome-editing tools that may replace clustered regularly interspaced short palindromic repeats platforms. We established a dual-mode genome regulation platform using ISDge10 TnpB effectors and engineered ωRNAs, in which modulation of the ωRNA guide length enables switching between programmable transcriptional activation and genome editing. TnpB programmed with a 10-nt guide region of the ωRNA engages target DNA without inducing double-strand breaks. Fusion of transcriptional activators with Sso7d (DNA-binding protein from Sulfolobus solfataricus) enables specific transcriptional upregulation across endogenous loci. Restoring the ωRNA guide length to 20 nt triggers DNA cleavage, thereby supporting homology-directed repair-mediated sequence correction. A catalytically inactivated TnpB-based adenine base editor enabled A-to-G base conversion at genomic targets. TnpB shows strict ωRNA-dependent mismatch sensitivity with low off-target effects, suggesting its potential as a high-fidelity genome regulation platform. Compact ISDge10 TnpB facilitates co-packaging of effector and ωRNA in a single adeno-associated virus vector and co-expression of large functional domains. Thus, this study expands RNA-guided genome-editing capabilities.

논문소개전체 설명

Transposon에서 유래한 OMEGA(Obligate Mobile Element Guided Activity) 시스템은 기존 CRISPR 시스템을 보완할 수 있는 초소형 유전체 조절 및 편집 도구로 주목받고 있습니다. 본 연구에서는 OMEGA 시스템의 초소형 RNA guided 단백질인 ISDge10 TnpB와 엔지니어링된 ωRNA를 활용하여, 하나의 플랫폼에서 유전자 발현 조절과 유전체 편집이 가능한 이중 기능 시스템을 개발하였습니다.
본 시스템의 핵심은 ωRNA의 표적 DNA와 상보적으로 결합하는 가이드 영역의 길이에 따라 TnpB의 기능을 선택적으로 전환할 수 있다는 점입니다. 10-nt 가이드 영역을 갖는 ωRNA를 사용할 경우 TnpB는 표적 DNA에 결합하면서도 DNA 이중가닥 절단을 거의 유도하지 않았습니다. 이러한 특성을 기반으로 TnpB에 전사 활성화 도메인과 DNA 결합 단백질 Sso7d를 융합하여 다양한 표적 유전자의 발현을 효과적으로 증가시킬 수 있었습니다. 반면, ωRNA의 가이드 길이를 20 nt로 늘리면 TnpB의 DNA 절단 활성이 유도되어 유전체 편집이 가능하였으며, 상동성 유도 복구(HDR)를 이용한 정밀한 염기서열 교정에도 적용할 수 있었습니다. 또한 촉매 활성을 제거한 TnpB에 아데닌 염기교정 효소를 융합하여 표적 유전체에서 A-to-G 염기 치환이 가능한 TnpB 기반 염기교정 시스템을 구축하였습니다.
ISDge10 TnpB는 ωRNA와 표적 DNA 간 불일치에 높은 민감성을 나타냈으며, 낮은 비표적 효과를 보여 정밀한 유전체 조절 및 편집 플랫폼으로서의 가능성을 확인하였습니다. 특히 TnpB의 작은 크기는 단일 AAV 벡터에 TnpB와 ωRNA를 함께 탑재할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 기능성 도메인과의 융합에도 유리합니다. 나아가 AAV를 이용하여 TnpB 시스템을 마우스에 전달하고, 생체 내에서 표적 유전자의 발현 조절 및 유전체 편집이 가능함을 확인하였습니다. 본 연구는 초소형 TnpB 시스템을 기반으로 DNA 절단 없는 유전자 발현 조절부터 유전체 및 염기 편집까지 구현함으로써, AAV 기반 생체 내 전달이 가능한 다기능 유전체 조절·편집 플랫폼으로서 TnpB의 활용 가능성을 제시하였습니다.

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