Transpozony – skaczące geny. Nowa praca opublikowana przez naukowców z Laboratorium Struktury Białka w Molecular Cell

Naukowcy z Laboratorium Struktury Białka we współpracy z uniwersytetem Cornell zbadali strukturę i mechanizm działania białka TnsB z transpozonu Tn7 z E. coli. Wyniki badań w najnowszej publikacji Molecular Cell.

 

Transpozony, nazywane także „skaczącymi genami”, to fragmenty DNA, które potrafią przemieszczać się wewnątrz lub między genomami. U bakterii transpozony są odpowiedzialne za przekazywanie oporności na antybiotyki oraz genów wirulencji. Bakteryjny transpozon Tn7 jest najlepiej poznanym i najbardziej rozpowszechnionym transpozonem DNA. Tn7 koduje pięć białek warunkujących jego własną mobilność. Za przemieszczanie się transpozonu, które zachodzi z wykorzystaniem mechanizmu „kopiuj i wklej”, odpowiada heteromeryczna transpozaza złożona z białek TnsA i TnsB. Rekrutacja kompleksu transpozazy z wyciętym fragmentem DNA do miejsca docelowego zachodzi z udziałem AAA+ ATPazy TnsC oddziałującej z jednym z dwóch białek kierujących do miejsca wstawienia: TnsD lub TnsE. TnsD odpowiada za wstawienie transpozonu w specyficzne miejsce w chromosomie zwane attTn7, natomiast TnsE pozwala na niespecyficzne wstawienie elementu DNA do plazmidu koniugacyjnego. Elementy, których budowa opiera się na dobrze znanych systemach CRISPR-Cas i których do wstawienia w docelowe miejsce wykorzystują fragment nici RNA, mają wiele wspólnego z transpozonem Tn7 i wszystkie kodują transpozazę TnsB. Mogą one w przyszłości stać się nowej generacji narzędziem do edycji genomów.

Naukowcy z Laboratorium Struktury Białka we współpracy z grupą Joe Petersa z uniwersytetu Cornell badali strukturę i mechanizm działania białka TnsB z transpozonu Tn7 z E. coli. Wykorzystali oni technikę kriomikroskopii elektronowej do rozwiązania struktury kompleksu TnsB z dwuniciowym fragmentem DNA imitującym prawy koniec transpozonu o rozdzielczości 2,7 Å. Struktura ujawniła, że w przypadku gdy TnsB oddziałuje z powtarzającymi się jeden za drugim miejscami wiązania, jego domeny układają się jak kuleczki na sznurku, w dodatku poprzeplatane między sobą. TnsB tworzy niewiele specyficznych oddziaływań z DNA, co sugeruje, że białko to preferuje wiązanie się do pewnych miejsc na DNA, ale oddziaływanie to nie jest wysokospecyficzne. Związanie kilku cząsteczek TnsB do szeregu słabo konserwowanych miejsc ułożonych w odpowiednich odstępach zwiększa specyficzność tego wiązania i umożliwia prawidłowe rozpoznanie końca transpozonu. Naukowcy w oparciu o otrzymaną strukturę zaproponowali model przenoszenia nici DNA, który pozwala zrozumieć jak subtelne różnice w rozmieszczeniu miejsc wiązania dla TnsB są interpretowane przez tę transpozazę w procesie transpozycji oraz poznać najważniejsze cechy transpozonu Tn7.

Praca została opublikowana w Molecular Cell

Polecamy również ciekawy wywiad z prof. Marcinem Nowotnym z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie oraz z prof. Josephem E. Petersem from Cornell University, Nowy Jork, USA - pod linkiem

Kaczmarska Z, Czarnocki-Cieciura M, Górecka-Minakowska KM, Wingo RJ, Jackiewicz J, Zajko W, Poznański JT, Rawski M, Grant T, Peters JE, Nowotny M. Structural basis of transposon end recognition explains central features of Tn7 transposition systems. Mol Cell, 2022 Jul 21;82(14):2618-2632.e7. doi: 10.1016/j.molcel.2022.05.005