张锋最新论文：揭示Tn7转座子靶位点选择因子的模块化和多样性

转座子（TE）是可以在基因组周围和跨基因组移动的DNA序列，它们采用不同的分子机制来实现跳跃和迁移，并表现出广泛的靶向特异性。

转座子整合的位置对其生存和传播至关重要，转座子必须在不破坏必需基因的情况下整合到靶位点，同时还要避开宿主的防御系统。为了实现这几点，它们已经进化出各种策略来选择靶位点。例如，原核生物的DNA转座子Tn7，就可以分别利用TnsD和TnsE蛋白实现序列特异性和结构特异性的定向转座。

除此之外，还有一些Tn7样转座子，可以通过与CRISPR-Cas系统结合，从而实现RNA引导的定向转座。这些CRISPR相关转座子（CAST）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Cas效应元件靶向可移动遗传元件（MGE）。与典型的Tn7样转座子类似，CAST以两种可选模式靶向归巢位点，要么通过RNA引导转座，要么通过TnsD。

近日，张锋团队等在 Cell 子刊 Molecular Cell 上发表了题为：Modularity and diversity of target selectors in Tn7 transposons 的研究论文。

该研究全面分析了Tn7转座子的靶位点选择因子，揭示了Tn7靶位点选择因子的模块化和多样化特征，确定并表征了三种转座子系统：CAST亚型I-D、Tn6022、非Tn7转座子Tsy。这些研究结果扩展了我们对Tn7样转座子的靶位点选择的理解。

CRISPR相关转座子（CAST）似乎是由Tn7样转座子在多个独立场合招募CRISPR-Cas效应模块而进化的。具体来说，不同的Tn7样转座子获得了CRISPR亚型I-B（至少两次且独立）和亚型I-F和亚型V-K效应子。

在每种情况下，转座子获得的CRISPR效应模块都保留了识别和结合靶标DNA的能力，但失去了典型CRISPR系统切割靶标DNA的能力。在I亚型CRISPR效应物的情况下，失去切割活性是由于Cas3解旋酶核酸酶的活性丧失，而在V-K亚型的情况下，是由于Ruvc样核酸酶活性位点的催化氨基酸的突变。

Tn7样转座子的这些不同的靶位点选择模式的存在表明，它们具有高度灵活性，从而最大化了它们的传播，并突出了多个功能正交的靶位点选择因子（target selectors）的效用。鉴于这种灵活性，对靶位点选择因子的全面识别具有挑战性。

在这项最新研究中，研究团队结合系统基因组学和结构分析来发现靶位点选择因子，揭示了Tn7用于识别靶位点的多种机制，还在新发现的转座子中发现了之前未被表征的靶位点选择因子蛋白。

在这些候选靶位点选择因子中，研究团队确定并表征了三种转座子系统：

1、一种独特的CAST亚型I-D；

2、一种Tn7样转座子Tn6022，它使用TnsF作为靶位点选择因子；

3、一种全新转座子，研究团队将其命名为Tsy；

研究团队通过实验表征了CAST I-D转座系统，以及一个Tn6022样转座子，它使用含有灭活酪氨酸重组酶结构域的TnsF来靶向整合到comM基因。此外，该研究还发现了一个新的非Tn7转座子，研究团队将其命名为Tsy，其编码一个具有活性酪氨酸重组酶结构域的TnsF同源物，它也是靶向整合到comM基因。

这些研究结果扩展了对Tn7样转座子的靶位点选择的理解，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靶位点选择因子的模块化结构，揭示了它们通过不同靶位点选择因子来优化靶位点选择并驱动转座子的传播。该研究还发现了非Tn7转座子的全新转座子Tsy。