Target site selection and remodelling by type V CRISPR-transposon systems

转座因子 转座酶 清脆的 生物 核糖核酸 DNA 细胞生物学 RNA干扰 遗传学 基因 突变体
作者
Irma Querques,M. Lienhard Schmitz,Seraina Oberli,Christelle Chanez,Martin Jinek
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:599 (7885): 497-502 被引量:34
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04030-z
摘要

Canonical CRISPR-Cas systems provide adaptive immunity against mobile genetic elements1. However, type I-F, I-B and V-K systems have been adopted by Tn7-like transposons to direct RNA-guided transposon insertion2-7. Type V-K CRISPR-associated transposons rely on the pseudonuclease Cas12k, the transposase TnsB, the AAA+ ATPase TnsC and the zinc-finger protein TniQ7, but the molecular mechanism of RNA-directed DNA transposition has remained elusive. Here we report cryo-electron microscopic structures of a Cas12k-guide RNA-target DNA complex and a DNA-bound, polymeric TnsC filament from the CRISPR-associated transposon system of the photosynthetic cyanobacterium Scytonema hofmanni. The Cas12k complex structure reveals an intricate guide RNA architecture and critical interactions mediating RNA-guided target DNA recognition. TnsC helical filament assembly is ATP-dependent and accompanied by structural remodelling of the bound DNA duplex. In vivo transposition assays corroborate key features of the structures, and biochemical experiments show that TniQ restricts TnsC polymerization, while TnsB interacts directly with TnsC filaments to trigger their disassembly upon ATP hydrolysis. Together, these results suggest that RNA-directed target selection by Cas12k primes TnsC polymerization and DNA remodelling, generating a recruitment platform for TnsB to catalyse site-specific transposon insertion. Insights from this work will inform the development of CRISPR-associated transposons as programmable site-specific gene insertion tools.

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