Эндонуклеазы HUH (HUH-метки) представляют собой специфичные для последовательности одноцепочечные ДНК (оцДНК) связывающие белки, происходящие от многих видов бактерий и вирусов. [1] Вирусные эндонуклеазы HUH участвуют в инициации репликации по катящемуся кругу, в то время как эндонуклеазы бактериального происхождения инициируют бактериальную конъюгацию . В биотехнологии их можно использовать для создания связей белок-ДНК [2], аналогично другим методам, таким как SNAP-теги . При этом они создают 5'- ковалентную связь между оцДНК и белком. Эндонуклеазы HUH могут быть слиты с другими белками или использоваться в качестве белковых меток..
Типы эндонуклеаз HUH
Эндонуклеазы HUH подразделяются на две категории ферментов : белки инициатора репликации (Rep) или белки релаксации / мобилизации. Оба они содержат небольшие белковые домены, которые распознают специфичные для последовательности точки начала репликации или точку начала переноса, в каком сайте они задевают ДНК. Никинг-домен у Reps имеет тенденцию быть меньше, порядка 10-20 кДа, в то время как никелирующий домен у релаксаз больше, примерно 20-40 кДа. [2]
Способ действия
Эндонуклеазы HUH обычно имеют два гистидиновых (H) остатка в активном сайте, координирующие катион металла ( Mg 2+ или Mn 2+ ), который взаимодействует с фосфатным остовом ДНК. Это делает возможным нуклеофильную атаку , чаще всего, за счет активированного тирозина подвижного фосфата в основной цепи ДНК, создавая 5'-ковалентную связь с оцДНК. В отличие от других подходов к связыванию ДНК-белка, эта реакция происходит в условиях окружающей среды и не требует каких-либо дополнительных модификаций. Рентгеновская кристаллография и структуры ЯМР позволили понять специфичность последовательности связывания ДНК. [3] [4]
Приложения
- Moba relaxase включены в вирусный капсид из аденоассоциированного вируса , чтобы связать конъюгат антитело-ДНК целевой вирус для конкретных типов клеток [5]
- Белок Rep PCV2, слитый с Cas9, для ковалентного связывания матрицы репарации ДНК с Cas9, что приводит к усиленной гомологически направленной репарации в клетках человека [6]
- Подобно упомянутому выше подходу, релаксаза Agrobacterium VirD2 слилась с Cas9, что позволило присоединить матрицу репарации ДНК для увеличения гомологически направленной репарации в растениях [7].
- Белок Rep PCV2, слитый с эластиноподобными частицами (ELP), связанными с ДНК- аптамером Муцин-1, для доставки лекарств в раковые клетки [8]
- Релаксазы TraI, MobA и TrwC, используемые для ортогональной сборки на наноструктурах ДНК [9]
- Белок Rep PCV2, слитый с люциферазой, связан с ДНК-аптамерами, которые определяют уровни тромбина в образце [10]
Рекомендации
- ^ Чендлер, Майкл; де ла Крус, Фернандо; Дайда, Фред; Хикман, Элисон Б.; Монкалян, Габриэль; Тон-Хоанг, Бао (2013-07-08). «Разрыв и соединение одноцепочечной ДНК: суперсемейство эндонуклеаз HUH» . Обзоры природы микробиологии . 11 (8): 525–538. DOI : 10.1038 / nrmicro3067 . ISSN 1740-1526 . PMC 6493337 . PMID 23832240 .
- ^ а б Lovendahl, Klaus N .; Хейворд, Аманда Н .; Гордон, Венди Р. (24 мая 2017 г.). «Последовательно-направленные ковалентные связи белок-ДНК в один этап с использованием HUH-тегов» . Журнал Американского химического общества . 139 (20): 7030–7035. DOI : 10.1021 / jacs.7b02572 . ISSN 0002-7863 . PMC 5517037 . PMID 28481515 .
- ^ Вега-Роча, Сусана; Byeon, In-Ja L .; Гроненборн, Бруно; Гроненборн, Анджела М .; Кампос-Оливас, Рамон (2007). «Структура раствора, двухвалентный металл и связывание ДНК эндонуклеазного домена из белка инициации репликации из свиного цирковируса 2». Журнал молекулярной биологии . 367 (2): 473–487. DOI : 10.1016 / j.jmb.2007.01.002 . ISSN 0022-2836 . PMID 17275023 .
- ^ Эверетт, Блейк А .; Litzau, Lauren A .; Томпкинс, Кэссиди; Ши, Кэ; Нельсон, Эндрю; Айхара, Хидеки; Эванс III, Роберт Л .; Гордон, Венди Р. (01.12.2019). «Кристаллическая структура Rep домена вируса карликов пшеницы» . Acta Crystallographica Раздел F . 75 (Pt 12): 744–749. DOI : 10.1107 / S2053230X19015796 . ISSN 2053-230X . PMC 6891580 . PMID 31797816 .
- ^ Здечлик, Алина Ц .; Он, Юнги; Эйрд, Эрик Дж .; Гордон, Венди Р .; Шмидт, Даниэль (2019-12-06). «Программируемая сборка композита адено-ассоциированный вирус-антитело для рецепторно-опосредованной доставки генов» . Биоконъюгатная химия . 31 (4): 1093–1106. DOI : 10.1021 / acs.bioconjchem.9b00790 . ISSN 1043-1802 . PMC 7676631 . PMID 31809024 .
- ^ Эйрд, Эрик Дж .; Lovendahl, Klaus N .; Мартин, Янтарная улица; Harris, Reuben S .; Гордон, Венди Р. (31.05.2018). «Повышение Cas9-опосредованной гомологически направленной эффективности репарации посредством ковалентного связывания матрицы репарации ДНК» . Биология коммуникации . 1 (1): 54. DOI : 10.1038 / s42003-018-0054-2 . ISSN 2399-3642 . PMC 6123678 . PMID 30271937 .
- ^ Али, Захир; Шами, Ашваг; Седик, Халид; Камель, Радва; Альхабси, Абдулрахман; Техсин, Мухаммад; Хасан, Норхан; Батт, Харун; Кабабджи, Ахад; Hamdan, Samir M .; Махфуз, Магди М. (23 января 2020 г.). «Слияние эндонуклеазы Cas9 и релаксазы VirD2 облегчает гомологически направленную репарацию для точной геномной инженерии риса» . Биология коммуникации . 3 (1): 44. DOI : 10.1038 / s42003-020-0768-9 . ISSN 2399-3642 . PMC 6978410 . PMID 31974493 .
- ^ Го, Вэй; Машимо, Ясумаса; Кобатаке, Эйри; Миэ, Масаясу (16.03.2020). «Конструирование наночастиц, отображающих ДНК, путем ферментативной конъюгации ДНК и эластин-подобных полипептидов с использованием белка инициации репликации». Нанотехнологии . 31 (25): 255102. DOI : 10,1088 / 1361-6528 / ab8042 . ISSN 0957-4484 . PMID 32176872 .
- ^ Сагредо, Сандра; Пирзер, Тобиас; Агебат Рафат, Али; Goetzfried, Marisa A .; Монкалян, Габриэль; Зиммель, Фридрих С .; де ла Крус, Фернандо (2016). «Сборка ортогональных белков на наноструктурах ДНК с использованием релаксаз» . Angewandte Chemie International Edition . 55 (13): 4348–4352. DOI : 10.1002 / anie.201510313 . ISSN 1521-3773 . PMC 5067690 . PMID 26915475 .
- ^ Мие, Масаясу; Ниими, Такахиро; Машимо, Ясумаса; Кобатаке, Эйри (2019-01-03). «Создание конъюгатов ДНК-люцифераза NanoLuc для сэндвич-анализа на основе ДНК-аптамеров с использованием белка Rep». Письма о биотехнологии . 41 (3): 357–362. DOI : 10.1007 / s10529-018-02641-7 . ISSN 0141-5492 . PMID 30603832 .