主要插入序列（IS）元素是存在于原核生物基因组中的可转移DNA序列，约分为30个家族，包括IS110（参考文献3）。IS110家族元素的转位周期涉及两个顺序的重组事件：从宿主基因组中切断元素以形成环状双链DNA中间体，并将该环状形式插入新的目标位点4, 5, 6, 7, 8, 9, 10（图1a, b和扩展数据图1a）。尽管插入是最近结构和功能研究的重点1, 2，但IS110元素在自然条件下被切除的机制仍然缺乏理解。图1：IS621介导的切除反应的生物学和生化分析。a，IS621元素生命周期的示意图。CT核心二核苷酸序列以绿色菱形表示。b，切除（左半和右半）和插入（供体和目标）的DNA底物序列。c，E. coli Mach1基因组中IS621位点的示意图。黑箭头表示用于检测e中环状中间体和f中切除后位点的PCR引物。d，E. coli Mach1基因组中线性IS621元素的转录谱。来自IS621位点1、2和3的映射读取重叠。由于序列相似性而无法分配到特定位点的读取被分类为非特异性。预测的转录起始位点（TSS）用三角形表示。CPM，百万计数。e，E. coli Mach1中环状中间体的形成。跨越LD-RD连接的区域已从E. coli Mach1基因组DNA中通过PCR扩增。E. coli BL21（DE3）用作对照。f，E. coli Mach1中切除后位点的形成。跨越LT-RT连接的区域已从E. coli Mach1基因组DNA中通过PCR扩增。在e和f中，DNA用SYBR Gold可视化。所示数据代表三个技术重复。有关e和f的凝胶源数据，请参见补充图6。g，示意图显示在切除和插入期间，野生型bRNA与DNA底物之间的顶链交换前后的碱基配对。非典型碱基对用红线表示，DNA切割位点用黄色三角形标记。TS，顶链；BS，底链。h，i，体外切除和插入的重组效率。DNA底物与IS621重组酶和含有预顶链交换（pre-TSE）和后顶链交换（post-TSE）HSG序列的工程化bRNA（RTG/RDG扩展和G53A替代）在37°C下孵育2小时。通过qPCR定量重组效率。在h中，数据显示为均值±标准差（n=3技术重复）。在i中，在顶部链交换之前和之后的HSG-DNA碱基对数量的差异显示在每个单元格上。预顶链交换和后顶链交换HSG序列的效率被用实心和虚线的黄绿色框突出显示。数据以均值（n=3技术重复）显示。TSE，顶链交换。与典型的可转移元素11不同，IS110元素，如来自大肠杆菌的IS6216，包含一个左端（LE）、一个重组酶基因和一个右端（RE），在两个边界上具有保守的CT（胞苷-胸苷）核心二核苷酸序列（图1a, b和扩展数据图1a）。IS110重组酶具有独特的结构域结构：一个具有非典型DEDD催化基序的RuvC样核酸酶结构域（为简便起见，以下简称RuvC）、一个介导二聚化的螺旋-螺旋结构域和一个含有保守催化丝氨酸残基的Tnp结构域1, 6（扩展数据图1b）。在转位过程中，IS110重组酶催化环形中间体（供体DNA(dDNA)，包含左供体（LD）和右供体（RD）序列）与基因组目标位点（目标DNA(tDNA)，包含左目标（LT）和右目标（RT）序列）之间的重组，生成插入位点的LT-RD和LD-RT连接，分别称为左半（LH）和右半（RH）（图1b和扩展数据图1a）。切除是反向过程：LH和RH的重组再生环形供体和原始目标位点。我们最近确定IS621环形中间体在RE-LE连接处表达一种非编码桥RNA（bRNA）1。bRNA由两个可编程DNA结合环组成：一个目标结合环（TBL）和一个供体结合环（DBL），每个环都包含与tDNA和dDNA结合的引导片段，使IS621重组酶能够在多种DNA底物之间催化序列特异性重组1（扩展数据图1c）。IS621重组酶-bRNA复合物结合插入底物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构显示一个四聚体突触。