Large-scale mutational analysis uncovers molecular mechanisms governing dual RNA functions in transposons

生物 遗传学 RNA剪接 内含子 核糖核酸 转座因子 转座酶 DNA 计算生物学 第二组内含子 碱基对 核酸酶 核酶 剪接 突变 整合酶 核糖核酸酶H 基因 插入顺序 序列分析 核酸结构 分子生物学 非编码RNA
作者
Edan E. Mortman,Samuel H. Sternberg
标识
DOI:10.64898/2026.03.11.711047
摘要

ABSTRACT Transposons are among the most abundant and diverse mobile genetic elements in nature. A unique class termed IStrons encodes a transposase for transposon mobility, an RNA-guided nuclease for maintenance, and a self-splicing group I intron for element removal from host mRNA. However, it is unclear how a single polynucleotide sequence balances these distinct biochemical functions. Here we employed pooled library mutagenesis coupled with high-throughput sequencing to systematically dissect the molecular determinants of IStron transposition, RNA-guided DNA cleavage, and self-splicing. We found that the terminal trinucleotide of the transposon right end is constrained by all three functions, identifying a molecular convergence point. Cross-assay comparisons revealed that most variants maintained or lost activity across multiple assays simultaneously. However, a subset selectively retained one activity while losing another, revealing antagonism between DNA cleavage and splicing governed by guide RNA structural stability. Increased GC content at the base of the guide RNA 3’ terminal stem-loop abolished splicing while maintaining DNA cleavage, and the properly folded guide RNA sterically occluded alternative splice sites, ensuring splicing accuracy across variable flanking contexts. Thus, IStron transcripts overcome an inherent trade-off between guide RNA maturation and splicing, with RNA structural stability as the primary determinant of pathway choice.
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