Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффектор, подобный активатору транскрипции
180-ТАЛЕффекторы 3ugm.png
Эффектор TAL ( PDB : 3 мкг ), spacefill Дэвид Гудселл. Полосы - это повторяющиеся домены.
Идентификаторы
ОрганизмXanthomonas oryzae
СимволpthXo1
UniProtB2SU53
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

ЗП ( активатор транскрипции-подобный ) эффекторы (часто называемые TALES , но не следует путать с т РЗЭ в Миной кислоте л уп е Xtension гомеобоксного класса белков) являются белками , секретируемых Xanthomonas бактерий с помощью их системы секреции типа III , когда они заражать различные виды растений . Эти белки могут связывать промоторные последовательности в растении-хозяине и активировать экспрессию генов растений, которые способствуют бактериальной инфекции. Они распознают последовательности ДНК растенийчерез центральный повторяющийся домен, состоящий из переменного числа ~ 34 аминокислотных повторов. По-видимому, существует взаимно однозначное соответствие между идентичностью двух критических аминокислот в каждом повторе и каждым основанием ДНК в последовательности-мишени. Эти белки интересны исследователям как своей ролью в заболевании важных видов сельскохозяйственных культур, так и относительной легкостью их перенацеливания для связывания новых последовательностей ДНК. Подобные белки могут быть найдены в патогенной бактерии Ralstonia solanacearum [1] [2] и Burkholderia rhizoxinica , [3] , а также еще неизвестные морские микроорганизмы. [4] Термин " лайки" используется для обозначения предполагаемого семейства белков, включающего TALE и эти родственные белки.

Функция в патогенезе растений [ править ]

Xanthomonas - это грамотрицательные бактерии, которые могут инфицировать самые разные виды растений, включая перец, рис, цитрусовые, хлопок, томаты и сою. [5] Некоторые типы Xanthomonas вызывают локальную пятнистость или полосатость листьев, в то время как другие распространяются системно и вызывают болезнь черной гнили или фитофтороза. Они вводят в растение ряд эффекторных белков, включая эффекторы TAL, через систему секреции типа III . Эффекторы TAL имеют несколько мотивов, обычно связанных с эукариотами, включая множественные сигналы ядерной локализации и кислый домен активации. При введении в растения эти белки могут проникать в ядро ​​растительной клетки, связывать промоторные последовательности растений и активировать транскрипцию генов растений, которые способствуют бактериальной инфекции. [5] Растения разработали механизм защиты от эффекторов типа III, который включает гены R (устойчивости), запускаемые этими эффекторами. Некоторые из этих генов R, по-видимому, эволюционировали, чтобы содержать сайты связывания с эффектором TAL, аналогичные сайту в предполагаемом гене-мишени. Предполагается, что эта конкуренция между патогенными бактериями и растением-хозяином объясняет очевидно пластичную природу связывающего домена эффекторной ДНК TAL. [6]

Распознавание ДНК [ править ]

Наиболее отличительной характеристикой эффекторов TAL является центральный повторяющийся домен, содержащий от 1,5 до 33,5 повторов, которые обычно имеют длину 34 остатка (C-концевой повтор обычно короче и называется «полуповтором»). [5] Типичной повторяющейся последовательностью является LTPEQVVAIAS HD GGKQALETVQRLLPVLCQAHG , но остатки в 12-м и 13-м положениях гипервариабельны (эти две аминокислоты также известны как повторяющиеся вариабельные прямые или RVD). Существует простая взаимосвязь между идентичностью этих двух остатков в последовательных повторах и последовательными основаниями ДНК в целевом сайте эффектора TAL. [6]Кристаллическая структура эффектора TAL, связанного с ДНК, показывает, что каждый повтор включает две альфа-спирали и короткую петлю, содержащую RVD, где второй остаток RVD устанавливает специфичные для последовательности контакты ДНК, в то время как первый остаток RVD стабилизирует RVD-содержащую петля. [8] [9] Сайты-мишени эффекторов TAL также имеют тенденцию включать тимин, фланкирующий 5'-основание, на которое нацелен первый повтор; это, по-видимому, связано с контактом между этим T и консервативным триптофаном в N-концевой области центрального повторяющегося домена. [8] Однако эта «нулевая» позиция не всегда содержит тимин, поскольку некоторые каркасы более терпимы. [10]

Код TAL-ДНК был взломан двумя отдельными группами в 2010 году. [6] Первая группа, возглавляемая Адамом Богдановым , взломала этот код с помощью вычислений путем поиска закономерностей в выравнивании последовательностей белков и последовательностей ДНК целевых промоторов, полученных из базы данных генов регулируется СКАЗКАМИ. [11] Вторая группа (Boch) определила код посредством молекулярного анализа TAL-эффектора AvrBs3 и его целевой последовательности ДНК в промоторе гена перца, активированного AvrBs3. [12] Экспериментально подтвержденный код между последовательностью RVD и основанием ДНК-мишени может быть выражен следующим образом:

Распознавание базы TAL
ОстатокОснованиеПримечанияРекомендации
NIА[12]
HDCНе 5-метил-С[12]
NGТ, 5 м С[12] [13]
NNрПурин: G или A[12]
NSNЛюбой[12]
NKграммСнижение Таленой активность , если они используются исключительно[14] [15]
NHграмм[7]

Целевые гены [ править ]

Эффекторы TAL могут индуцировать гены восприимчивости, которые являются членами семейства генов NODULIN3 (N3). Эти гены необходимы для развития болезни. У риса два гена Os-8N3 и Os-11N3 индуцируются эффекторами TAL. Os-8N3 индуцируется PthXo1, а Os-11N3 индуцируется PthXo3 и AvrXa7. Существуют две гипотезы о возможных функциях белков N3:

  • Они участвуют в транспорте меди, что приводит к детоксикации окружающей среды для бактерий. Снижение уровня меди способствует росту бактерий.
  • Они участвуют в транспорте глюкозы, способствуя потоку глюкозы. Этот механизм обеспечивает бактерии питательными веществами и стимулирует рост и вирулентность патогенов [ необходима цитата ]

Проектирование эффекторов TAL [ править ]

Это простое соответствие между аминокислотами в эффекторах TAL и основаниями ДНК в их сайтах-мишенях делает их полезными для приложений белковой инженерии. Многочисленные группы разработали искусственные эффекторы TAL, способные распознавать новые последовательности ДНК в различных экспериментальных системах. [12] [14] [15] [16] [17] [18] Такие сконструированные эффекторы TAL были использованы для создания искусственных факторов транскрипции, которые можно использовать для нацеливания и активации или репрессии эндогенных генов в томате , [14] Arabidopsis thaliana , [14] и человеческие клетки. [15] [17] [7] [19]

Генетические конструкции для кодирования белков на основе эффекторов TAL могут быть созданы с использованием либо обычного генного синтеза, либо модульной сборки. [17] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] Набор плазмид для сборки пользовательских TALEN и других эффекторных конструкций TAL доступен через общедоступный некоммерческий репозиторий Addgene . Веб-страницы, обеспечивающие доступ к общедоступному программному обеспечению, протоколам и другим ресурсам для приложений нацеливания на эффекторную ДНК TAL, включают TAL Effector- Nucleotide Targeter и tallffectors.com .

Приложения [ править ]

Сконструированные эффекторы TAL также могут быть слиты с доменом расщепления FokI для создания эффекторных нуклеаз TAL (TALEN) или с мегануклеазами (нуклеазами с более длинными сайтами узнавания) для создания «мегаTAL». [26] Такие слияния имеют некоторые общие свойства с нуклеазами цинковых пальцев и могут быть полезны для генной инженерии и генной терапии . [27]

Подходы на основе TALEN используются в новых областях редактирования генов и геномной инженерии . Слияния TALEN проявляют активность в дрожжевом тесте [16] [28] в отношении эндогенных дрожжевых генов [20] в анализе репортерных растений [18], в отношении эндогенного гена растения [21], в отношении эндогенных генов рыбок данио , [29] ] [30] эндогенного гена крысы , [31] и эндогенного гена человека. [15] [21] [32] Ген HPRT1 человека был нацелен на обнаруживаемые, но неустановленные количественно уровни. [21] Кроме того, конструкции TALEN, содержащие домен расщепления FokI, слитый с меньшей частью эффектора TAL, все еще содержащего ДНК-связывающий домен , были использованы для нацеливания на эндогенные гены NTF3 и CCR5 в клетках человека с эффективностью до 25%. [15] Эффекторные нуклеазы TAL также использовались для конструирования человеческих эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPSC) [32], а также для нокаута эндогенного гена ben-1 у C. elegans . [33]

См. Также [ править ]

  • ДНК-связывающий белок
  • ДНК-связывающий домен
  • Мотив последовательности
  • СКАЗКИ-лайки
  • Цинковый палец
  • Нуклеаза цинкового пальца

Ссылки [ править ]

  1. ^ Heuer, H .; Инь, Ю. -Н .; Сюэ, Q. -Y .; Smalla, K .; Го, Дж. -H. (2007). «Разнообразие повторяющихся доменов avrBs3-подобных генов в штаммах Ralstonia solanacearum и ассоциация с предпочтениями хозяев в полевых условиях» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (13): 4379–4384. DOI : 10,1128 / AEM.00367-07 . PMC  1932761 . PMID  17468277 .
  2. ^ Lixin Li; Ахмед Атеф; Агнешка Пятек; Захир Али; Марек Пятек; Мустафа Ауида; Алтанбадралт Шаракуу; Али Махджуб; Гуанчао Ван; Сухайль Хан; Нина В Федорова; Цзянь-Кан Чжу; Магди М. Махфуз (июль 2013 г.). «Характеристика и специфичность связывания ДНК TAL-подобных эффекторов Ralstonia» . Молекулярный завод . 6 (4): 1318–1330. DOI : 10.1093 / MP / sst006 . PMC 3716395 . PMID 23300258 .  
  3. ^ де Ланге, Орландо; Кристина Вольф; Йорн Дитце; Джанетт Эльзессер; Роберт Морбитцер; Томас Лахай (2014). «Программируемые ДНК-связывающие белки от Burkholderia позволяют по-новому взглянуть на TALE-подобный повторяющийся домен» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (11): 7436–49. DOI : 10.1093 / NAR / gku329 . PMC 4066763 . PMID 24792163 .  
  4. ^ де Ланге, Орландо; Волк, Кристина; Тиль, Филипп; Крюгер, Йенс; Kleusch, Christian; Кольбахер, Оливер; Лахайе, Томас (19 октября 2015 г.). «ДНК-связывающие белки морских бактерий расширяют известное разнообразие последовательностей TALE-подобных повторов» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (20): 10065–80. DOI : 10.1093 / NAR / gkv1053 . PMC 4787788 . PMID 26481363 .  
  5. ↑ a b c Boch J, Bonas U (сентябрь 2010 г.). «Эффекторы семейства XanthomonasAvrBs3 III типа: открытие и функция». Ежегодный обзор фитопатологии . 48 : 419–36. DOI : 10.1146 / annurev-phyto-080508-081936 . PMID 19400638 . 
  6. ^ a b c Войтас Д. Ф., Джунг Дж. К. (декабрь 2009 г.). «Наука о растениях. Связывание ДНК стало проще» . Наука . 326 (5959): 1491–2. Bibcode : 2009Sci ... 326.1491V . DOI : 10.1126 / science.1183604 . PMC 7814878 . PMID 20007890 . S2CID 33257689 .   
  7. ^ a b c Конг, Ле; Рухонг Чжоу; Ю-чи Куо; Маргарет Каннифф; Фэн Чжан (24 июля 2012 г.). «Комплексное исследование естественных ДНК-связывающих модулей TALE и доменов-репрессоров транскрипции» . Nature Communications . 968. 3 (7): 968. Bibcode : 2012NatCo ... 3E.968C . DOI : 10.1038 / ncomms1962 . PMC 3556390 . PMID 22828628 .  
  8. ^ а б Мак, АН-С .; Bradley, P .; Сернадас, РА; Богданове, AJ; Стоддард, Б.Л. (2012). «Кристаллическая структура TAL-эффектора PthXo1, связанного с его ДНК-мишенью» . Наука . 335 (6069): 716–719. Bibcode : 2012Sci ... 335..716M . DOI : 10.1126 / science.1216211 . PMC 3427646 . PMID 22223736 .  
  9. ^ Дэн, Д .; Ян, Ц .; Пан, X .; Mahfouz, M .; Wang, J .; Zhu, J. -K .; Shi, Y .; Ян, Н. (2012). «Структурная основа для распознавания последовательности ДНК с помощью TAL эффекторов» . Наука . 335 (6069): 720–3. Bibcode : 2012Sci ... 335..720D . DOI : 10.1126 / science.1215670 . PMC 3586824 . PMID 22223738 .  
  10. ^ Стелла, Стефано; Молина, Рафаэль; Ефименко, Игорь; Прието, Хесус; Сильва, Джордж; Бертонати, Клаудиа; Жюльера, Александр; Дюшато, Филипп; Монтойя, Гильермо (01.09.2013). «Структура комплекса AvrBs3-ДНК позволяет по-новому взглянуть на первоначальный механизм распознавания тимина» . Acta Crystallographica Раздел D . 69 (Pt 9): 1707–1716. DOI : 10.1107 / S0907444913016429 . ISSN 1399-0047 . PMC 3760130 . PMID 23999294 .   
  11. ^ Moscou MJ, Bogdanove AJ (декабрь 2009). «Простой шифр управляет распознаванием ДНК эффекторами TAL». Наука . 326 (5959): 1501. Bibcode : 2009Sci ... 326.1501M . DOI : 10.1126 / science.1178817 . PMID 19933106 . S2CID 6648530 .  
  12. ^ Б с д е е г Boch J, H, Scholze Schornack S, и др. (Декабрь 2009 г.). «Нарушение кода специфичности связывания ДНК эффекторов TAL-типа III». Наука . 326 (5959): 1509–12. Bibcode : 2009Sci ... 326.1509B . DOI : 10.1126 / science.1178811 . PMID 19933107 . S2CID 206522347 .  
  13. ↑ Deng D, Yin P, Yan C, Pan X, Gong X, Qi S, Xie T, Mahfouz M, Zhu JK, Yan N, Shi Y (4 сентября 2012 г.). «Распознавание метилированной ДНК эффекторами TAL» . Клеточные исследования . 22 (10): 1502–4. DOI : 10.1038 / cr.2012.127 . PMC 3463267 . PMID 22945353 .  
  14. ^ a b c d Morbitzer, R .; Romer, P .; Boch, J .; Лахайе, Т. (2010). «Регуляция выбранных локусов генома с использованием de novo-инженерных средств эффекторных факторов транскрипции, подобных активаторам транскрипции (TALE)» . Труды Национальной академии наук . 107 (50): 21617–21622. Bibcode : 2010PNAS..10721617M . DOI : 10.1073 / pnas.1013133107 . PMC 3003021 . PMID 21106758 .  
  15. ^ a b c d e Миллер, JC; Tan, S .; Qiao, G .; Barlow, KA; Wang, J .; Xia, DF; Meng, X .; Paschon, DE; Leung, E .; Хинкли, SJ; Dulay, GP; Hua, KL; Анкудинова, И .; Стоимость, ГДж; Урнов Ф.Д .; Чжан, HS; Холмс, MC; Zhang, L .; Грегори, PD; Rebar, EJ (2010). «СКАЗКА об архитектуре нуклеазы для эффективного редактирования генома». Природа Биотехнологии . 29 (2): 143–148. DOI : 10.1038 / nbt.1755 . PMID 21179091 . S2CID 53549397 .  
  16. ^ а б Кристиан М., Чермак Т., Дойл Э.Л. и др. (Июль 2010 г.). «Эффекторные нуклеазы TAL создают целевые двухцепочечные разрывы ДНК» . Генетика . 186 (2): 757–61. DOI : 10.1534 / genetics.110.120717 . PMC 2942870 . PMID 20660643 .  
  17. ^ a b c Чжан, Ф .; Cong, L .; Lodato, S .; Kosuri, S .; Церковь, GM; Арлотта, П. (2011). «Эффективное конструирование последовательности-специфичных эффекторов TAL для модуляции транскрипции млекопитающих» . Природа Биотехнологии . 29 (2): 149–53. DOI : 10.1038 / nbt.1775 . PMC 3084533 . PMID 21248753 .  
  18. ^ а б Махфуз, ММ; Li, L .; Shamimuzzaman, M .; Wibowo, A .; Fang, X .; Чжу, Дж. -К. (2011). «Разработанная de novo гибридная нуклеаза, подобная активатору транскрипции (TALE), с новой специфичностью связывания ДНК создает двухцепочечные разрывы» . Труды Национальной академии наук . 108 (6): 2623–8. Bibcode : 2011PNAS..108.2623M . DOI : 10.1073 / pnas.1019533108 . PMC 3038751 . PMID 21262818 .  
  19. ^ a b Geiβler, R .; Scholze, H .; Hahn, S .; Streubel, J .; Bonas, U .; Behrens, SE; Бох, Дж. (2011). Шиу, Шин-Хан (ред.). «Активаторы транскрипции генов человека с программируемой ДНК-специфичностью» . PLOS ONE . 6 (5): e19509. Bibcode : 2011PLoSO ... 619509G . DOI : 10.1371 / journal.pone.0019509 . PMC 3098229 . PMID 21625585 .  
  20. ^ a b Li, T .; Huang, S .; Чжао, X .; Райт, DA; Карпентер, С .; Spalding, MH; Недели, DP; Ян Б. (2011). «Модульно собранные дизайнерские эффекторные нуклеазы TAL для целевого нокаута и замены генов у эукариот» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (14): 6315–6325. DOI : 10.1093 / NAR / gkr188 . PMC 3152341 . PMID 21459844 .  
  21. ^ a b c d Cermak, T .; Дойл, Э.Л .; Christian, M .; Wang, L .; Zhang, Y .; Schmidt, C .; Баллер, JA; Somia, NV; Богданове, AJ; Войтас, Д.Ф. (2011). «Эффективный дизайн и сборка пользовательских TALEN и других эффекторных конструкций на основе TAL для нацеливания на ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (12): e82. DOI : 10.1093 / NAR / gkr218 . PMC 3130291 . PMID 21493687 .  
  22. ^ Morbitzer, R .; Elsaesser, J .; Hausner, J .; Лахайе, Т. (2011). «Сборка пользовательских ДНК-связывающих доменов TALE-типа путем модульного клонирования» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (13): 5790–5799. DOI : 10.1093 / NAR / gkr151 . PMC 3141260 . PMID 21421566 .  
  23. ^ Вебер, E .; Gruetzner, R .; Werner, S .; Engler, C .; Мариллонне, С. (2011). Бендахман, Мохаммед (ред.). "Сборка дизайнерских TAL-эффекторов методом Golden Gate Cloning" . PLOS ONE . 6 (5): e19722. Bibcode : 2011PLoSO ... 619722W . DOI : 10.1371 / journal.pone.0019722 . PMC 3098256 . PMID 21625552 .  
  24. ^ Санджана, NE; Cong, L .; Zhou, Y .; Каннифф, ММ; Feng, G .; Чжан, Ф. (2012). «Набор инструментов эффектора, подобный активатору транскрипции для геномной инженерии» . Протоколы природы . 7 (1): 171–192. DOI : 10.1038 / nprot.2011.431 . PMC 3684555 . PMID 22222791 .  
  25. ↑ Briggs AW, Rios X, Chari R, Yang L, Zhang F, Mali P, Church GM (август 2012). «Итеративная сборка с кэпом: быстрый и масштабируемый синтез повторяющейся модульной ДНК, такой как эффекторы TAL, из индивидуальных мономеров» . Nucleic Acids Res . 40 (15): e117. DOI : 10.1093 / NAR / gks624 . PMC 3424587 . PMID 22740649 .  
  26. ^ Буассель, Сандрин; Джарджур, Иордания; Астрахань, Александр; Адей, Эндрю; Губль, Аньес; Дюшато, Филипп; Шендуре, Джей; Стоддард, Барри Л .; Черто, Майкл Т. (01.02.2014). «MegaTALs: архитектура нуклеаз с редким расщеплением для терапевтической геномной инженерии» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (4): 2591–2601. DOI : 10.1093 / NAR / gkt1224 . ISSN 1362-4962 . PMC 3936731 . PMID 24285304 .   
  27. ^ Лаура ДеФранческо (2011). «Двигайся по ZFN». Природа Биотехнологии . 29 (8): 681–684. DOI : 10.1038 / nbt.1935 . PMID 21822235 . S2CID 29925336 .  
  28. ^ Ли Т., Хуанг С., Цзян В.З. и др. (Август 2010 г.). «Нуклеазы TAL (TALN): гибридные белки, состоящие из эффекторов TAL и домена расщепления ДНК FokI» . Nucleic Acids Res . 39 (1): 359–72. DOI : 10.1093 / NAR / gkq704 . PMC 3017587 . PMID 20699274 .  
  29. ^ Хуанг, П .; Сяо, А .; Чжоу, М .; Zhu, Z .; Lin, S .; Чжан, Б. (2011). «Наследственное нацеливание гена у рыбок данио с использованием индивидуальных TALEN». Природа Биотехнологии . 29 (8): 699–700. DOI : 10.1038 / nbt.1939 . PMID 21822242 . S2CID 28802632 .  
  30. ^ Сандер, JD; Cade, L .; Хайтер, Ц .; Reyon, D .; Петерсон, RT; Joung, JK; Да, JRJ (2011). «Направленное разрушение генов в соматических клетках рыбок данио с использованием сконструированных TALEN» . Природа Биотехнологии . 29 (8): 697–698. DOI : 10.1038 / nbt.1934 . PMC 3154023 . PMID 21822241 .  
  31. ^ Тессон, L .; Usal, C .; Ménoret, SV; Leung, E .; Найлз, Би Джей; Реми, SV; Santiago, Y .; Винсент, AI; Meng, X .; Zhang, L .; Грегори, PD; Anegon, I .; Стоимость, ГДж (2011 г.). «Нокаутные крысы, полученные в результате микроинъекции эмбрионов TALEN» . Природа Биотехнологии . 29 (8): 695–696. DOI : 10.1038 / nbt.1940 . PMID 21822240 . S2CID 13525337 .  
  32. ^ a b Hockemeyer, D .; Wang, H .; Киани, S .; Лай, CS; Gao, Q .; Кэссиди, JP; Стоимость, ГДж; Zhang, L .; Santiago, Y .; Миллер, JC; Zeitler, B .; Cherone, JM; Meng, X .; Хинкли, SJ; Rebar, EJ; Грегори, PD; Урнов Ф.Д .; Яениш, Р. (2011). «Генетическая инженерия плюрипотентных клеток человека с использованием нуклеаз TALE» . Природа Биотехнологии . 29 (8): 731–734. DOI : 10.1038 / nbt.1927 . PMC 3152587 . PMID 21738127 .  
  33. ^ Вуд, AJ; Lo, T. -W .; Zeitler, B .; Рассол, CS; Ралстон, EJ; Ли, AH; Amora, R .; Миллер, JC; Leung, E .; Meng, X .; Zhang, L .; Rebar, EJ; Грегори, PD; Урнов Ф.Д .; Мейер, Би Джей (2011). «Целевое редактирование генома разных видов с использованием ZFN и TALEN» . Наука . 333 (6040): 307. Bibcode : 2011Sci ... 333..307W . DOI : 10.1126 / science.1207773 . PMC 3489282 . PMID 21700836 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • TALengineering.org Исчерпывающий, общедоступный ресурс по разработанной эффекторной технологии TAL
  • Группа новостей TALengineering Группа новостей для обсуждения разработанной технологии эффекторов TAL
  • Бох и Шорнак (2010). «ISMPMIReporter1001» . Международное общество молекулярных взаимодействий растений и микробов.
  • www.taleffectors.com Открытый ресурс для эффекторных конструкций TAL.
  • Life Technologies Коммерческий поставщик исполнительных механизмов TAL
  • Молекула месяца PDB Запись в ежемесячном структурном обзоре Protein Database