TALE好き

TALエフェクターリピート
TALE、RipTAL、および BAT から構成される TALE のようなエントリのPfamシーケンス ロゴ。繰り返しは F/L で始まり、RVD は最後の N/H です。
識別子
シンボル	TAL_エフェクター
パム	PF03377
インタープロ	著作権
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   電子データ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

転写活性化因子様エフェクター様タンパク質（TALE様タンパク質）は、細菌のDNA結合タンパク質のグループであり、最初に研究され、現在でも最もよく研​​究されているグループである、キサントモナス属細菌のTALEタンパク質にちなんで名付けられています。TALEタンパク質はキサントモナス属細菌によって引き起こされる植物病害の重要な要因ですが、主にバイオテクノロジーにおいて、特にTALEヌクレアーゼの文脈でプログラム可能なDNA結合タンパク質としての役割で知られています。TALE様タンパク質は、ラルストニア・ソラナセラム細菌種複合体の多くの株、パラブルクホルデリア・リゾキシニカHKI 454株、および2つの未知の海洋細菌でも見つかっています。これらすべてのタンパク質が単一の系統群を形成するかどうかはまだ明らかではありません。

TALE 様タンパク質の統一的な特徴は、DNA 結合リピートのタンデム配列です。これらのリピートは、いくつかの例外を除いて、長さが 33 ～ 35 アミノ酸で、DNA 塩基結合残基を含む柔軟なループの両側にある 2 つのアルファヘリックスと、柔軟なリンカーループで結合された隣接するリピートで構成されています。^[1]この共通構造の証拠は、TALE の結晶構造の解明^[2] とBurkholderia TALE 様タンパク質 (BAT) ^[3]から得られますが、すべての TALE 様タンパク質が DNA 配列を認識するために使用するコードの保存からも得られます。実際、TALE、RipTAL、および BAT リピートを混合して組み合わせることで、さまざまな親和性を持つ機能的な DNA 結合タンパク質を生成できます。^[4]

TALEは、TALE様の中で最初に特定され、最もよく研​​究され、最大のグループです。TALEは、細菌のXanthomonas属全体に見られ、^[5]ほとんどが植物病原体で構成されています。研究されたTALEはすべて、タイプIII分泌システムの一部として宿主植物細胞に分泌されることが示されています。宿主細胞内に入ると、核に移行し、宿主プロモーター内の特定のDNA配列に結合して、下流の遺伝子をオンにします。このプロセスのすべての部分は、すべてのTALEで保存されていると考えられています。現在の理解に基づくと、個々のTALE間の唯一の意味のある違いは、各TALEが結合する特定のDNA配列です。近縁種のTALEであっても、DNA結合ドメインを構成する反復配列の構成が異なります。^[6]反復配列の構成がDNA結合の優先順位を決定します。特に、各反復配列の位置13が、各反復配列のDNA塩基の優先順位を決定します。初期の研究では、単一のTALEリピートアレイのリピート間の違いのほとんどすべてが位置12と13に見られることが指摘され、この発見からこれらの残基が塩基の好みを決定するという仮説が立てられました。^[7]実際、リピート位置12と13は、まとめてリピート可変二残基（RVD）と呼ばれ、位置13が塩基決定残基であるという明確な証拠があるにもかかわらず、一般的に塩基特異性を付与すると言われています。^[8]リピートドメインに加えて、TALEはリピートを挟むドメインにも多くの保存された特徴を持っています。これらには、タイプIII分泌、核局在、転写活性化のドメインが含まれます。これにより、TALEは、宿主植物細胞に分泌され、特定の宿主遺伝子の発現を活性化するエフェクタータンパク質としての生物学的役割を果たすことができます。

RVD 位置は一般に単一の TALE 反復配列内で唯一の可変位置ですが、異なる TALE の反復配列を比較すると、より多くの違いがあります。Xanthomonas 属全体の TALE の多様性はかなりのものですが、特に印象的な発見は、反復構成を比較することによって得られる進化の歴史が、非反復配列を比較した場合に見つかる進化の歴史とは異なるということです。^[6] TALE の反復配列は急速に進化すると考えられており、反復配列の進化を形作るいくつかの組み換えプロセスが示唆されています。^[5] TALE 反復配列の組み換えは、強制選択実験で実証されています。^[9]この進化のダイナミズムは、TALE 反復の非常に高い配列同一性によって可能になると考えられており、これは他の TALE 類似体とは対照的に TALE のユニークな特徴です。

TALE のもう 1 つのユニークな特徴は、コア リピート アレイの N 末端側面にある 4 つのリピート構造のセットです。これらの構造は非標準リピートまたは縮重リピートと呼ばれ、DNA 結合に不可欠であることが示されていますが^[10] 、 1 つを除いてすべて DNA 塩基と接触しないため、配列の優先順位には寄与しません。唯一の例外はリピート -1 で、これはすべての TALE に対して固定の T ゼロ優先順位をエンコードします。これは、TALE のターゲット シーケンスの前に常にチミン塩基が付くことを意味します。これは、Xanthomonas oryzae pv. oryzae株 AXO1947 ( G1FM79 )の TalC を除いて、すべての TALE に共通であると考えられています。 ^[11]

2002年に発表された参照株Ralstonia solanacearum GMI1000のゲノムでは、そのゲノムがXanthomonas TALEsに類似したタンパク質をコードしていることが指摘されました。^[12]類似したドメイン構造と反復配列に基づいて、この遺伝子と他のRalstonia株の相同遺伝子は、配列特異的DNA結合など、TALEsと同じ分子特性を持つタンパク質をコードすると推定されました。2013年に、これは2つの研究で確認されました。^{[13] [14]}これらの遺伝子とそれがコードするタンパク質は、Ralstoniaエフェクターの標準命名法に沿ってRipTALs（Ralstonia injected protein TALE-like）と呼ばれています。^[15]コア反復のDNA結合コードはTALEsで保存されていますが、RipTALsはTゼロ優先を共有せず、代わりに厳格なGゼロ要件を持ちます。^[13]さらに、単一のRipTALリピートアレイ内のリピートは、TALEのほぼ同一のリピートとは異なり、RVD位置を超えて複数の配列の違いを持っ​​ています。

RipTALはR. solanacearumの4つの系統型すべてで発見されており、この系統群の祖先の特徴となっています。隣接するドメインの違いにもかかわらず、RVDが標的とする配列は非常に類似しています。^[16]

RipTALはエフェクタータンパク質として機能し、植物遺伝子の発現を操作することで細菌の増殖や病気を促進するという考えを裏付ける証拠がいくつかあります。RipTALは、エフェクタータンパク質の主な送達システムであるタイプIII分泌システムによって植物細胞に分泌されます。 ^[17] RipTALは細胞核に局在し、植物細胞内で配列特異的な転写因子として機能することができます。^[13]さらに、RipTALを欠損した株は、野生型よりもナスの葉組織内での成長が遅いことが示されました。^{[18]さらに、} ripTALリピートドメイン配列と宿主植物のDNA多型に基づく研究では、宿主植物とリピートドメイン変異体の間に統計的に有意な関連があることがわかりました。^[19]異なる株のRipTALが特定の宿主植物の標的遺伝子に適応している場合、これは予想されます。それにもかかわらず、2019年6月現在、どのRipTALにも標的遺伝子は特定されていません^{[アップデート]}。

2011年に細菌株Paraburkholderia rhizoxinica HKI 454のゲノムが公開されたことで^[20]、 TALEやRipTALSとは性質が大きく異なるTALE様遺伝子セットが発見されました。これらの遺伝子によってコードされるタンパク質は、2つのグループによって独立してDNA結合特性が研究され、Bats（Burkholderia TALE様; E5AV36）またはBurrHと名付けられました。^{[21] [22]この研究では、} Burkholderia TALE様の繰り返し単位が、各繰り返しの位置13によって制御されるTALEと同じコードでDNAに結合することが示されました。ただし、いくつかの違いもあります。

Burkholderia TALE 様タンパク質は、ほぼ完全に反復配列で構成されており、TALE および RpTAL の反復配列の両側にある大きな非反復ドメインを欠いている。これらのドメインは、TALE および RipTAL の機能にとって重要であり、植物の核に侵入して遺伝子発現をオンにすることを可能にする。そのため、Burkholderia TALE 様タンパク質の生物学的役割は現在のところ不明である。明らかなのは、これらが、TALE および RipTAL の生物学的役割である、植物細胞に分泌されて転写因子として機能するエフェクタータンパク質ではないということである。これらが由来する細菌の生活様式は、TALE および RipTAL を有する細菌の生活様式とは非常に異なるため、これらが TALE および RipTAL と生物学的役割が異なることは予想外ではない。B . rhizoxinicaは、植物病原体であるRhizopus microsporusとは異なり、真菌の中に生息する内部共生生物である。同じ菌類は免疫不全患者における日和見感染性病原体でもあるが、B. rhizoxinicaは植物宿主に対する病原性に必要であるのに対し、ヒトへの感染には無関係である。^[23] Burkholderia TALE様物質が菌類に分泌されるか どうかは不明であり、ましてや宿主植物に分泌されるかどうかは不明である。

Burkholderia TALE様タンパク質に関する文献で指摘されているように、これらのタンパク質をプログラム可能なDNA結合タンパク質の足場として使用して転写因子またはデザイナーヌクレアーゼとして機能することには、TALEと比較していくつかの利点がある可能性がある。 ^{[21] [22]これは、} TALENに類似したFokIヌクレアーゼと融合されている。^[3]利点には、反復サイズが短い、ドメイン構造がよりコンパクトである（大きな非反復ドメインがない）、反復配列の多様性が大きいため、それらをコードする遺伝子に対してPCRを使用でき、組換え反復損失の影響を受けにくいことなどがある。さらに、Burkholderia TALE様タンパク質にはTゼロ要件がないため、DNAターゲット選択の制約が緩和される。しかし、Burkholderia TALE様タンパク質をプログラム可能なDNA結合タンパク質として使用することは、元の特性評価の文献以外ではほとんど発表されていない。

2007年、 J.クレイグ・ベンター研究所による世界の海洋のメタゲノム調査の結果が公開されました。^{[24] 2014年の}Burkholderia TALE-likesに関する論文^[22]は、そのデータベースの2つのエントリが配列類似性に基づいてTALE-likesに似ていることを初めて報告した論文でもありました。これらは2015年にさらに特徴付けられ、DNA結合能が評価されました。^[25]これらの配列によってコードされる反復単位は、TALEコードと一致する塩基選択性でDNA結合を媒介することが判明し、分子動力学シミュレーションに基づいてBat1反復とほぼ同じ構造を形成する可能性が高いと判断されました。そのため、これらのDNA配列によってコードされるタンパク質は、海洋生物TALE-likes（MOrTL）1および2（GenBank：ECG96325、EBN91409）と指定されました。^[25]メタゲノムで見つかった類似の配列にはEBN19408とECR81667がある。^[26]

MOrTL1 と 2 のリピートは構造的にも機能的にも TALE 様の標準に準拠していますが、配列レベルでは他のすべての TALE 様とも、また互いともかなり異なります。これらが他の TALE 様と本当に相同であり、TALE、RipTAL、Bats とともに真のタンパク質ファミリーを構成しているかどうかはわかっていません。あるいは、独立して進化した可能性もあります。MOrTL1 と MOrTL2 の由来となる生物についてはほとんど何もわかっていないため、他の TALE 様との関係を判断するのは特に困難です。わかっているのは、これらがメキシコ湾の 2 つの別々の海水サンプルで発見され、DNA 配列決定前のサイズ排除に基づいて細菌である可能性が高いということだけです。^[25]

タンパク質工学におけるBATおよび海洋TALE類似体の特許は2012年7月に申請されました。2019年5月現在^{[アップデート]}、すべての管轄区域で審査中です。^[27]