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揭示转座子编码的Cascade-TniQ复合物中的Cas8动态变化与调控机制。

Unveiling Cas8 Dynamics and Regulation within a transposon-encoded Cascade-TniQ Complex.

作者信息

Patel Amun C, Sinha Souvik, Arantes Pablo R, Palermo Giulia

出版信息

bioRxiv. 2024 Nov 7:2024.06.21.600075. doi: 10.1101/2024.06.21.600075.

DOI:10.1101/2024.06.21.600075
PMID:38948825
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11213026/
Abstract

The Cascade-TniQ complex unveiled a new paradigm in biology, demonstrating that CRISPR-associated proteins can direct DNA transposition. Despite the tremendous potential of "knocking in" genes at desired sites, the mechanisms underlying DNA binding and transposition remain elusive. In this system, a conformational change of the Cas8 protein is essential for DNA binding, yet how it occurs is unclear. Here, structural modeling and free energy simulations reconstruct the Cas8 helical bundle and reveal an open-to-close conformational transition at key steps of the complex's function. We show that when Cascade-TniQ binds RNA, the Cas8 bundle changes conformation mediated by the interaction with the Cas7.1 protein. This interaction alleviates unfavorable contacts and synchronizes Cas8's shift with neighboring subunits, lowering the barrier for the transition to the open state, a critical requirement for DNA binding. As DNA fully pairs with RNA, the open state becomes increasingly accessible, favoring interactions with DNA and aiding the formation of an R-loop. These outcomes provide the first dynamic representation of a critical conformational change in one of the largest CRISPR systems and illustrate its role at critical steps of the Cascade-TniQ biophysical function, advancing our understanding of nucleic acid binding and transposition mechanisms.

摘要

Cascade-TniQ复合物揭示了生物学中的一种新范式,表明与CRISPR相关的蛋白质可以指导DNA转座。尽管在所需位点“敲入”基因具有巨大潜力,但DNA结合和转座的潜在机制仍然难以捉摸。在这个系统中,Cas8蛋白的构象变化对于DNA结合至关重要,但其发生方式尚不清楚。在这里,结构建模和自由能模拟重建了Cas8螺旋束,并揭示了该复合物功能关键步骤中的从开放到关闭的构象转变。我们表明,当Cascade-TniQ与RNA结合时,Cas8束通过与Cas7.1蛋白的相互作用介导构象变化。这种相互作用减轻了不利的接触,并使Cas8与相邻亚基的移位同步,降低了向开放状态转变的障碍,这是DNA结合的关键要求。随着DNA与RNA完全配对,开放状态变得越来越容易实现,有利于与DNA的相互作用并有助于形成R环。这些结果首次动态展示了最大的CRISPR系统之一中的关键构象变化,并阐明了其在Cascade-TniQ生物物理功能关键步骤中的作用,增进了我们对核酸结合和转座机制的理解。

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