Transposon-associated TnpB is a programmable RNA-guided DNA endonuclease

转座因子 转座酶 遗传学 生物 流动遗传元素 基因组 换位(逻辑) Tn3转座子 后转座子 DNA 基因组编辑 Cas9 染色体外DNA 基因 计算生物学 清脆的 哲学 语言学
作者
Tautvydas Karvelis,Gytis Druteika,Greta Bigelyte,Karolina Budre,Rimante Zedaveinyte,Arūnas Šilanskas,Darius Kazlauskas,Česlovas Venclovas,Virginijus Šikšnys
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:599 (7886): 692-696 被引量:127
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04058-1
摘要

Transposition has a key role in reshaping genomes of all living organisms1. Insertion sequences of IS200/IS605 and IS607 families2 are among the simplest mobile genetic elements and contain only the genes that are required for their transposition and its regulation. These elements encode tnpA transposase, which is essential for mobilization, and often carry an accessory tnpB gene, which is dispensable for transposition. Although the role of TnpA in transposon mobilization of IS200/IS605 is well documented, the function of TnpB has remained largely unknown. It had been suggested that TnpB has a role in the regulation of transposition, although no mechanism for this has been established3-5. A bioinformatic analysis indicated that TnpB might be a predecessor of the CRISPR-Cas9/Cas12 nucleases6-8. However, no biochemical activities have been ascribed to TnpB. Here we show that TnpB of Deinococcus radiodurans ISDra2 is an RNA-directed nuclease that is guided by an RNA, derived from the right-end element of a transposon, to cleave DNA next to the 5'-TTGAT transposon-associated motif. We also show that TnpB could be reprogrammed to cleave DNA target sites in human cells. Together, this study expands our understanding of transposition mechanisms by highlighting the role of TnpB in transposition, experimentally confirms that TnpB is a functional progenitor of CRISPR-Cas nucleases and establishes TnpB as a prototype of a new system for genome editing.
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