Cell Res | 新发现，上海生化细胞所杨荟团队揭示CRISPR相关转座酶的组装机制

CRISPR和CRISPR相关的（Cas）系统赋予RNA指导的针对原核细胞入侵遗传元件的适应性免疫。这些系统采用包含监视复合物的CRISPR RNA（crRNA）进行序列特异性识别和降解外来DNA或RNA。据报道，几种缺乏核酸酶的I-F，I-B和V-K系统与缺乏DNA靶向关键基因的Tn7样转座子在进化和功能上相关，这暗示着RNA引导DNA插入的新模式。TniQ亚基是大肠杆菌TnsD的同源物，它与霍乱弧菌Tn6677型I-F效应级联反应形成稳定的复合物（也称为Csy复合物），并在DNA插入过程中起重要作用。2020年1月8日，中科院上海生化细胞所杨荟团队在Cell Research 在线发表题为“Structural basis of a Tn7-like transposase recruitment and DNA loading to CRISPR-Cas surveillance complex”的研究论文，该研究阐明了转座子亚基TniQ组装成I-F级联和Cascade-TniQ复合物靶向DNA的识别，提供了CRISPR-Cas系统与Tn7样转座子之间合作的见解。

CRISPR和CRISPR相关的（Cas）系统赋予RNA指导的针对原核细胞入侵遗传元件的适应性免疫。这些系统采用包含监视复合物的CRISPR RNA（crRNA）进行序列特异性识别和降解外来DNA或RNA。据报道，几种缺乏核酸酶的I-F，I-B和V-K系统与缺乏DNA靶向关键基因的Tn7样转座子在进化和功能上相关，这暗示着RNA引导DNA插入的新模式。

在I-F和V-K型系统中对CRISPR相关的转座酶进行了表征，并在大肠杆菌细胞中建立了全基因组范围内可编程的位点特异性DNA转座，提供了无需双链断裂和内源性DNA修复途径的基因组编辑策略的前景。所有这些与CRISPR相关的转座子均包含转座酶亚基，CRISPR效应子和CRISPR阵列。此外，TniQ亚基是大肠杆菌TnsD的同源物，它与霍乱弧菌Tn6677型I-F效应级联反应形成稳定的复合物（也称为Csy复合物），并在DNA插入过程中起重要作用。

为了更好地了解CRISPR相关转座酶的组装机制，该确定了apo-TniQ的晶体结构及类型I-F Cascade-TniQ与靶标结合前和DNA靶标结合状态的冷冻电镜结构，其分辨率分别为3.29Å和3.18Å。

与典型的I-F系统不同，霍乱弧菌Cascade由Cas6，Cas7，天然融合的Cas5-Cas8（以下称为Cas8）和60核苷酸（nt）crRNA组成，包括32-nt间隔区和28-nt重复区。在DNA加载之前，Cascade采用与报道的I-F类型Cascade类似的结构，TniQ同型二聚体与Cas6和Cas7.1结合。 TniQ中距TniQ-Cascade界面较远的区域的密度较差，尤其是在TniQ-Cascade-dsDNA复合体中。所有Cas蛋白都以螺旋扭曲的“ G”形围绕crRNA排列，Cas6结合在头部的crRNA的3'茎环和Cas8结合在crRNA的5'的尾巴的柄。核糖核酸酶Cas6负责表达阶段中前体crRNA的加工，并且是RNA引导的DNA转座所必需的。Cas6中高度保守的关键残基His29突变为丙氨酸消除了crRNA的成熟，级联组装和DNA整合。

综上所述，该研究数据阐明了转座子亚基TniQ组装成I-F级联和Cascade-TniQ复合物靶向DNA的识别，提供了CRISPR-Cas系统与Tn7样转座子之间合作的见解。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0274-0