Transpozazy to białka kluczowe dla mobilności transpozonów - elementów genetycznych, które mogą przemieszczać się w obrębie genomów. U prokariotów proces ten może prowadzić do horyzontalnego transferu genów wirulencji, przyczyniając się do powstawania nowych superbakterii. Użytkownicy centrum SOLARIS rozwiązali 2,7 Å strukturę cryo-EM transpozazy TnsB z transpozonu Tn7 oddziałującej z dwuniciowym fragmentem DNA imitującym prawy koniec transpozonu.

Struktura rozwiązana przez zespół naukowców z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie pokazuje, że TnsB wiąże DNA z preferencją sekwencji a nie ze ścisłą specyficznością, oraz że tworzenie macierzy cząsteczek TnsB przekształca tę preferencję w specyficzne rozpoznanie końca transpozonu.

Kriomikroskopia elektronowa w badaniach nad transpozonami

Naukowcy wykorzystali technikę kriomikroskopii elektronowej (cryo-EM) do analizy kompleksów transpozazy TnsB z transpozonu Tn7 z E. coli  z dwuniciowymi substratami DNA. W przypadku jednego z substratów, który zawierał trzy miejsca wiążące odpowiadające prawemu końcowi transpozonu, zaobserwowano tworzenie się długich filamentów, które wykorzystano do rozwiązania struktury cryo-EM kompleksu TnsB-DNA (Rysunek 1A, B).

W opublikowanej strukturze domeny cząsteczek TnsB oddziałują z powtarzającymi się miejscami wiązania  jak poprzeplatane ze sobą kuleczki na sznurku. Domeny wiążące DNA tworzą tylko kilka specyficznych kontaktów z zasadami azotowymi, co prowadzi do preferencji , a nie ścisłej specyficzności rozpoznawania sekwencji DNA. Tworzenie macierzy cząsteczek TnsB, regulowane przez nakładanie się miejsc wiążących TnsB w prawym końcu elementu Tn7, przekształca tę preferencję w specyficzne rozpoznawanie końca transpozonu. W oparciu o powyższą strukturę naukowcy zaproponowali model przenoszenia nici DNA, w którym końcowa cząsteczka TnsB jest tak przeorganizowana, że jej domena katalityczna znajduje się w pozycji sprzyjającej transpozycji (rysunek 1C).

Rys.1. Struktura kompleksu TnsB-DNA.

Nowej generacji narzędzia do edycji

Niektóre niedawno opisane transpozony z szerokiej rodziny Tn7 zawierają zakodowane w elementach systemy CRISPR-Cas, które do wstawienia w docelowe miejsce wykorzystują fragment nici RNA.  Wszystkie te systemy kodują transpozazy podobne do TnsB i – ze względu na łatwość programowania miejsca transpozycji - mogą w przyszłości stać się nowej generacji narzędziami do edycji genomów. Nasze analizy strukturalne i biochemiczne transpozazy TnsB oraz zaproponowany model przenoszenia nici DNA zapewniają mechanistyczne zrozumienie, w jaki sposób cząsteczki TnsB mogą interpretować subtelne różnice w sekwencji i położeniu miejsc wiążących i wyjaśniają centralne cechy systemów transpozycji Tn7.

Link do całej publikacji:

Z. Kaczmarska et al., Structural Basis of Transposon End Recognition Explains Central Features of Tn7 Transposition Systems, Mol Cell 82, 2618 (2022).

Autor: Mariusz  Czarnocki-Cieciura