为了传播，转座子必须在不破坏基本基因的情况下整合到目标位点，同时避开宿主的防御系统。Tn7样转座子采用多种机制进行靶标位点选择，包括蛋白质引导靶向，以及CRISPR相关转座子(CASTs)中，RNA引导的靶向。
2023年6月1日，博德研究所张锋及美国国家生物技术信息中心Eugene V. Koonin共同通讯在Molecular Cell 在线发表题为“Modularity and diversity of target selectors in Tn7 transposons”的研究论文，该研究结合系统基因组学和结构分析，对靶选择器进行了广泛的调查，揭示了Tn7用于识别靶位的多种机制，包括在新发现的转座元件(TEs)中发现的先前未被表征的靶选择蛋白。
该研究通过实验表征了CAST I-D系统和一个Tn6022样转座子，该转座子使用含有灭活酪氨酸重组酶结构域的TnsF来靶向comM基因。此外，作者发现了一个非Tn7转座子Tsy，它编码一个具有活跃酪氨酸重组酶结构域的TnsF同源物，该研究发现它也插入到comM中。该研究表明，Tn7转座子采用模块化结构，并从各种来源共同选择目标选择器，以优化目标选择并驱动转座子传播。
另外，2023年4月5日，博德研究所张锋及东京大学Osamu Nureki等团队合作在Nature 在线发表题为“Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme”的研究论文，该研究报道了耐辐射球菌（Deinococcus radiodurans）ISDra2 TnpB及其同源ωRNA和靶DNA复合物的冷冻电镜结构。在结构上ωRNA采用了一种意想不到的结构，形成了一个假结，在所有Cas12酶的引导RNA中是保守的。此外，该结构以及功能分析揭示了紧凑的TnpB如何识别ωRNA并切割与向导互补的目标DNA。TnpB与Cas12酶的结构比较表明，通过不对称二聚体形成或多种REC2插入，CRISPR-Cas12效应物获得了识别引导RNA-靶DNA异源双链体的原间隔-邻近基序-远端的能力，从而参与CRISPR-Cas适应性免疫。总的来说，该研究提供了TnpB功能的机制见解，并推进了我们对从转座子编码的TnpB蛋白到CRISPR-Cas12效应物的进化的理解（点击阅读）。
2023年6月28日，博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease”的研究论文，该研究报告了Fz的生化特性，表明它是一种RNA引导的DNA内切酶。该研究还表明Fz可以被重新编程用于人类基因组工程应用。该研究利用冷冻电镜分析了Spizellomyces punctatus Fz (SpuFz)在2.7Å的结构，揭示了Fz、TnpB和Cas12之间的核心区域的保守性，尽管同源RNA结构不同。总之，该研究结果表明Fz是真核生物的OMEGA系统，表明RNA引导的内切酶存在于生命的所有三个领域（点击阅读）。
2023年4月6日，博德研究所张锋团队在Science 在线发表题为“Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription”的研究论文，该研究报道了Bombyx mori R2 non-LTR逆转录转座子在其核糖体DNA靶点处启动TPRT的冷冻电子显微镜结构。目标DNA序列在插入位点被解开，并被上游基序识别。逆转录酶(RT)结构域的延伸识别逆转录转座子RNA，并引导3 '端进入RT活性位点以模板逆转录。该研究使用Cas9在体外将R2重定向到非原生序列，这表明未来可以作为一种基于可重编程RNA的基因插入工具（点击阅读）。
2023年3月29日，博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system”的研究论文，该研究发现Photorhabdus毒力盒(PVC)——来自昆虫病原细菌Photorhabdus asymbiotica的eCIS——的目标选择是由PVC尾纤维的远端结合元件对目标受体的特异性识别介导的。在尾巴纤维的结构引导工程中，该研究表明PVC可以被重新编程，以靶向这些系统不天然靶向的生物(包括人类细胞和小鼠)，效率接近100%。最后，该研究发现PVC可以装载不同的蛋白质载荷，包括Cas9、碱基编辑器和毒素，并可以将它们功能性地输送到人类细胞中。总之，该研究结果表明PVC是一种可编程的蛋白质传递装置，可能应用于基因治疗、癌症治疗和生物控制（点击阅读）。
2023年1月5日，博德研究所/哈佛医学院/麻省理工学院张锋团队在Cell在线发表题为“A transcription factor atlas of directed differentiation”的研究论文，为了全面了解TF及其控制的程序，该研究创建了一个包含所有注释的人类TF剪接异构体的条形码库(> 3500)，并将其应用于构建TF图谱，以单细胞分辨率绘制过表达每个TF的人类胚胎干细胞(hESCs)的表达谱。该研究将TF诱导的表达谱映射到参考细胞类型，并验证候选TF用于生成不同的细胞类型，涵盖所有三个胚层和滋养层。具有库子集的靶向筛选使研究人员能够创建定制的细胞疾病模型，并整合mRNA表达和染色质可及性数据，以识别下游调控因子。最后，该研究通过开发和验证一种预测TF组合的策略来描述组合TF过表达的影响，该策略产生匹配参考细胞类型的目标表达谱，以加速细胞工程工作（点击阅读）
转座因子(TEs)是可以在基因组周围和跨基因组移动的DNA序列，采用不同的分子机制来实现迁移，并表现出广泛的靶向特异性TE整合的位置对其生存至关重要，并且已经进化出各种策略来选择目标位点，包括归巢和跳跃到可移动的遗传元件。这两种目标识别模式是由两种专用蛋白TnsD(序列特异性)和TnsE(结构特异性)进行的。除了这两个目标选择器外，Tn7还编码识别转座子末端(TnsB)并切除转座子(TnsA和TnsB)的异复合体TnsA/TnsB，以及协调转座子组装与目标位点选择的中心枢纽成分。TnsC识别与附着位点结合的TnsD，募集转座体，并指导其整合。
除了这些典型的目标位点选择模式外，几组Tn7样转座子还采用了CRISPR-Cas系统，从而实现了RNA引导的转座子。这些与CRISPR相关的转座子(CASTs)利用CRISPR阵列中编码的匹配间隔子和与TnsD同源的小蛋白TniQ偶联的CASTs效应元件靶向移动遗传元件(MGEs)。与典型的Tn7样转座子类似，这些转座子以两种可选的模式靶向归巢位点，要么通过RNA引导转座，要么通过TnsD铸型似乎是由于Tn7样转座子在多个独立场合募集CRISPR-Cas效应模块而进化的。
具体来说，不同组的Tn7样转座子获得了CRISPR亚型I-B (至少两次，独立)和亚型I-F和亚型V-K效应子。在每种情况下，TE获得的CRISPR效应模块保留了识别和结合靶DNA的能力，但失去了典型CRISPR系统切割靶DNA的能力。在I型CRISPR效应物的情况下，切割活性的消除是由于Cas3解旋酶核酸酶的丧失，而在V-K亚型的情况下，这是由于RuvC样核酸酶活性位点的催化氨基酸的突变。
机理模式图（图源自Molecular Cell ）
Tn7样转座子的这些不同的目标位点选择模式的存在表明，它们具有高度的灵活性，从而最大化了它们的传播，并突出了多个功能正交的目标位点选择器的效用。鉴于这种灵活性，目标选择器的全面识别是具有挑战性的。作者结合系统基因组学和结构分析来发现目标选择器。在这些候选目标选择器中，鉴定并表征了三种TE系统：一种独特的CAST亚型I-D，一种Tn7样转座子，使用一种称为TnsF的蛋白质作为目标选择器，以及一种称为Tsy的先前未报道的TE。该研究扩展了对Tn7样转座子的目标选择的理解，揭示了CAST系统中与RNA引导或蛋白质引导转座子模式相关的结构特征，表征了Tn7目标选择器的模块化结构，并发现了从先前描述的非Tn7 TE中选择的独特目标选择器伙伴。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.05.013
转自：“iNature”微信公众号
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