CAST (CRISPR-associated transposase)
2021-11-15 更新 Science 誌刊行論文としての書誌情報と概要を改めて追記した
"Structural basis for target site selection in RNA-guided DNA transposition systems" Park J-U, Tsai A, Mehrotra E, Petassi MT, Hsieh S-C, Ke A, Peters JE, Kellogg EH. Science 2021-08-13. https://doi.org/10.1126/science.abi8976
天然に存在していたCRISPRシステムを伴うトランスポゾンCAST (CRISPR-associated transposase) はゲノム編集に新たな展開をもらす可能性を秘めている．CASTの特徴は，プログラムした標的配列から正確な間隔をおいて，一定の向きに挿入するところにあるが，その機構は不明であったが，Cornell Universityの研究グループがクライオ電顕法による構造情報から，向きと間隔が決定される分子機構を明らかにした [モデル図 Fig. 5参照 https://www.science.org/cms/10.1126/science.abi8976/asset/6fb0641c-7464-4db6-8493-b513abf90cb6/assets/images/large/science.abi8976-f5.jpg]
2021-05-30 初稿
[出典] "Structural basis for target-site selection in RNA-guided DNA transposition systems" Park J-U, Tsai A, Mehrotra E, Petassi MT, Hsieh S-C, Ke A, Peters JE, Kellogg EH. bioRxiv. 2021-05-25 [プレプリント]. https://doi.org/10.1101/2021.05.25.445634[構造情報]
PDB IDs (2021-05-27時点でHPUB)
7M99 ATPgS bound TnsC filament from shCAST system (ATPgS TnsC)
7M9A ADP-AlF3 bound TnsC structure from ShCAST syste (ADPᐧAlF3 TnsC consensus)
7M9C ADP-AlF3 bound TnsC structure in open form (ADPᐧAlF3 TnsC open)
7M9B ADP-AlF3 bound TnsC structure in closed form (ADPᐧAlF3 TnsC closed)
EMDB IDs: EMD-23720 (ATPgS TnsC); EMD-23724 & EMD-23725 (ATP TnsC); EMD-23721 EMD-23722 & EMD-23723 (ADPᐧAlF3 TnsC); EMD-23726 (TniQ-TnsC)
背景
Broad InstituteのFeng ZhangらにNCBIのKira S. MakarogaとEugene V. Kooninが加わった研究チームは、シアノバクテリア Scytonema hofmanni ゲノムにおいて、CRISPRシステムを伴うトランスポゾンを見出して [*]、CAST (CRISPR-associated transposase) と命名し、ShCASTを利用することで、E. coli ゲノムのsgRNA標的サイトに、DSBを介さずに、外来DNAを80%という高い効率で挿入可能なことを示した [以上, crisp_bio記事 "CAST: Cas12kとトランスポザーゼの協働によりドナーDNAを効率よくノックイン" https://crisp-bio.blog.jp/archives/18164585.html から引用]
[*] CASTの5'末端にはTn7様トランスポザーゼ遺伝子 (TnsB, TnsC, およびTniQ)がコードされており、3'末端にはCRSIPRサブタイプV-Kの不活性なRuvC様ヌクレアーゼドメインを帯びたエフェクタCas12kとCRISPRアレイがコードされている ．
成果
- TnsCが，ATPの存在下で，DNA二本鎖の片方の鎖に選択的に結合する一方向に重合し連続的な螺旋状のヘリカル・フィラメントを形成する．
- TnsCの重合は，Cas12k-TniQに遭遇すると停止し，TniQと複合体を形成する．
- 続いて，トランスポザーゼTnsBがTnsCの重合の分解をトリガーしフィラメントを最小単位へと切り詰め，同時に，標的部位へとリクルートする．
- ヘリカル・フィラメントから有限のオリゴマー集合体へと分解されたTnsCが，プロトスペーサから一定の距離をおいて結合する．
Dr Gaetan Burgio, MD, PhD.@GaetanBurgio
Mechanisms of Tn7 like transposition TniQ-TnsC from type V-K (Cas12k) #CRISPR system aka ShCAST by CryoEM.
2021/05/26 20:29:16
- TnsC… https://t.co/Q2dQOALGc9
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