ピギーバックトランスポザーゼによるシームレス切除と特異的標的化の構造基盤

Structural basis of seamless excision and specific targeting by piggyBac transposase.

• Qiujia Chen
• Wentian Luo
• Ruth Ann Veach
• Alison B Hickman
• Matthew H Wilson
• Fred Dyda

抄録

ピギーバックDNAトランスポゾンは、ゲノム工学の分野で広く利用されています。他のトランスポゾンとは異なり、その切除部位は足跡を残さずに正確に修復でき、TTAAテトラヌクレオチドに特異的に結合します。本研究では、piggyBacトランスポゾンの低温電子顕微鏡構造を示した。その結果、TTAAヘアピン中間体とTTAAターゲットは本質的に同一の構造をしており、ピギーバックの2つのユニークな特性を結びつけるメカニズムを示している。トランスポザーゼは、2つの中央ドメインが末端をシナプスする非対称二量体を形成し、一方、2つのC末端ドメインは、1つのトランスポゾン末端のみに接触する別個の二量体を形成している。鎖移動構造では、標的DNAは大きく曲がり、TTAA標的は対になっていない。細胞内データは、非対称性がシナプス複合体の形成を促進し、トランスポザーゼ結合部位を追加して末端を修飾することで活性を刺激することを示唆している。

The piggyBac DNA transposon is used widely in genome engineering applications. Unlike other transposons, its excision site can be precisely repaired without leaving footprints and it integrates specifically at TTAA tetranucleotides. We present cryo-EM structures of piggyBac transpososomes: a synaptic complex with hairpin DNA intermediates and a strand transfer complex capturing the integration step. The results show that the excised TTAA hairpin intermediate and the TTAA target adopt essentially identical conformations, providing a mechanistic link connecting the two unique properties of piggyBac. The transposase forms an asymmetric dimer in which the two central domains synapse the ends while two C-terminal domains form a separate dimer that contacts only one transposon end. In the strand transfer structure, target DNA is severely bent and the TTAA target is unpaired. In-cell data suggest that asymmetry promotes synaptic complex formation, and modifying ends with additional transposase binding sites stimulates activity.