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 TAL エフェクター ( PDB : 3ugm )、スペースフィルは David Goodsell によるものです。ストライプは繰り返しドメインです。 | |||||||
| 識別子 | |||||||
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| 生物 | |||||||
| シンボル | 翻訳: | ||||||
| RefSeq (プロテイン) | WP_041182630.1 | ||||||
| ユニプロット | B2SU53 | ||||||
| その他のデータ | |||||||
| 染色体 | ゲノム: 1.65 - 1.65 Mb | ||||||
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TAL（転写活性化因子様）エフェクター（ TALEとも呼ばれるが、 3アミノ酸ループ延長ホメオボックスクラスのタンパク質と混同しないように）は、一部のβ-プロテオバクテリアおよびγ-プロテオバクテリアによって分泌されるタンパク質である。 [ 1 ]これらのほとんどはキサントモナス属である。植物病原性のキサントモナス属細菌は、 III型分泌システムを介して生成されるTALEで特に知られている。これらのタンパク質は、宿主植物のプロモーター配列に結合し、細菌感染を助ける植物遺伝子の発現を活性化することができる。DNAへの結合を担うTALEドメインは、1.5～33.5個の短い配列が複数回繰り返されていることが知られている（タンデムリピート）。[2]これらの各リピートは、DNAの特定の塩基対に特異的であることが判明している。[2]これらのリピートには、特定のDNA塩基対を検出できるリピート可変残基（RVD）もある。[2]これらは、可変数の約34アミノ酸反復からなる中央反復ドメインを介して植物DNA配列を認識します。各反復の2つの重要なアミノ酸の同一性と標的配列の各DNA塩基との間には、1対1の対応があるようです。これらのタンパク質は、重要な作物種の病気における役割と、新しいDNA配列に結合するためにそれらを再標的化することが比較的容易であることの両方で、研究者にとって興味深いものです。同様のタンパク質は、病原性細菌のRalstonia solanacearum [3] [4] [1]およびBurkholderia rhizoxinica [5] [1]、さらにまだ特定されていない海洋微生物に見られます。[6] TALE様という用語は、TALEとこれらの関連タンパク質を含む推定タンパク質ファミリーを指すために使用されます。
植物病原性における機能
キサントモナス
キサントモナス属はグラム陰性細菌で、ピーマン、イネ、柑橘類、綿、トマト、大豆など、さまざまな植物に感染します。[7] キサントモナス属には、局所的な斑点病や条斑病を引き起こすものもあれば、全身に広がって黒腐病や葉枯れ病を引き起こすものもあります。キサントモナス属は、タイプ III 分泌システムを介して、TAL エフェクターなどの多くのエフェクタータンパク質を植物に注入します。TAL エフェクターには、複数の核局在シグナルや酸性活性化ドメインなど、通常真核生物に関連付けられているモチーフがいくつかあります。植物に注入されると、これらのタンパク質は植物細胞の核に入り、植物プロモーター配列に結合して、細菌感染を助ける植物遺伝子の転写を活性化します。[7] 植物は、これらのエフェクターによって引き起こされる R (耐性) 遺伝子を含むタイプ III エフェクターに対する防御機構を開発しました。これらのR遺伝子の中には、標的遺伝子の部位に類似したTALエフェクター結合部位を含むように進化したものがあるようです。病原細菌と宿主植物の間のこの競争は、TALエフェクターDNA結合ドメインの明らかに柔軟な性質を説明するために仮定されています。[8]
非キサントモナス
R. solanacearum、B. rhizoxinica、バナナ血病（ R. solanacearum種群の中でまだ明確に特定されていない細菌） [1]
DNA認識
TALエフェクターの最も顕著な特徴は、1.5〜33.5回の繰り返しを含む中央の繰り返しドメインであり、通常34残基の長さです（C末端繰り返しは一般に短く、「ハーフリピート」と呼ばれます）。[7] 一般的な繰り返し配列はLTPEQVVAIAS HD GGKQALETVQRLLPVLCQAHGですが、12番目と13番目の位置の残基は超可変です（これらの2つのアミノ酸は、繰り返し可変2残基またはRVDとしても知られています）。連続した繰り返し内のこれら2つの残基の同一性と、TALエフェクターの標的部位の連続したDNA塩基との間には単純な関係があります。[8] DNAに結合したTALエフェクターの結晶構造は、各リピートが2つのアルファヘリックスと短いRVD含有ループで構成され、RVDの2番目の残基が配列特異的なDNA接触を行い、RVDの最初の残基がRVD含有ループを安定化することを示している。[10] [11] TALエフェクターの標的部位には、最初のリピートが標的とする5'塩基の両側にチミンが含まれる傾向もあり、これはこのTと中央リピートドメインのN末端領域に保存されたトリプトファンとの接触によるものと思われる。 [10]ただし、この「ゼロ」位置には必ずしもチミンが含まれるわけではなく、一部のスキャフォールドはより許容性が高い。[12]
TAL-DNAコードは2010年に2つの別々のグループによって解読されました。[8] Adam Bogdanoveが率いる最初のグループは、TALEによってアップレギュレーションされた遺伝子のデータベースから得られたタンパク質配列アラインメントと標的プロモーターのDNA配列のパターンを検索することで、このコードを計算的に解読しました。[13] 2番目のグループ（Boch）は、TALエフェクターAvrBs3と、AvrBs3によって活性化されるペッパー遺伝子のプロモーター内のその標的DNA配列の分子分析を通じてコードを推測しました。[14] RVD配列と標的DNA塩基間の実験的に検証されたコードは、次のように表すことができます。
標的遺伝子
TAL エフェクターは、NODULIN3 (N3) 遺伝子ファミリーのメンバーである感受性遺伝子を誘導することができます。これらの遺伝子は、病気の発症に不可欠です。イネでは、Os-8N3 と Os-11N3 の 2 つの遺伝子が TAL エフェクターによって誘導されます。Os-8N3 は PthXo1 によって誘導され、Os-11N3 は PthXo3 と AvrXa7 によって誘導されます。N3 タンパク質の機能については、2 つの仮説が存在します。
- これらは銅の輸送に関与しており、細菌の環境を解毒します。銅レベルの低下は細菌の増殖を促進します。
- これらはグルコース輸送に関与し、グルコースの流れを促進します。このメカニズムは細菌に栄養を与え、病原体の増殖と毒性を刺激します[要出典]
TALエフェクターのエンジニアリング
TALエフェクターのアミノ酸と標的部位のDNA塩基とのこの単純な対応は、TALエフェクターをタンパク質工学の応用に有用なものにしている。多くのグループが、様々な実験システムで新しいDNA配列を認識できる人工TALエフェクターを設計してきた。[14] [16] [17] [18] [19] [20]このように設計されたTALエフェクターは、トマト[16]、シロイヌナズナ[16] 、およびヒト細胞における内因性遺伝子を標的とし、 活性化または抑制するために使用できる人工転写因子を作成するために使用されてきた。[17] [19] [9] [21]
TALエフェクターベースのタンパク質をコードする遺伝子構築物は、従来の遺伝子合成またはモジュールアセンブリのいずれかを使用して作成できます。[19] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] カスタムTALENおよびその他のTALエフェクター構築物を組み立てるためのプラスミドキットは、公開されている非営利リポジトリAddgeneから入手できます。TALエフェクターDNAターゲティングアプリケーション用の公開ソフトウェア、プロトコル、およびその他のリソースへのアクセスを提供するWebページには、TAL Effector-Nucleotide Targeterやtaleffectors.comなどがあります。
アプリケーション
改変されたTALエフェクターは、 FokIの切断ドメインに融合してTALエフェクターヌクレアーゼ（TALEN）を作成したり、メガヌクレアーゼ（より長い認識部位を持つヌクレアーゼ）に融合して「メガTAL」を作成したりすることもできます。[28]このような融合は、ジンクフィンガーヌクレアーゼ といくつかの特性を共有しており、遺伝子工学や遺伝子治療の用途に役立つ可能性があります。[29]
TALENベースのアプローチは、遺伝子編集やゲノム工学という新興分野で使用されています。TALEN融合は、酵母ベースのアッセイでは[18] [30]、内因性酵母遺伝子では[22]、植物レポーターアッセイでは[20]、内因性植物遺伝子では[23] 、内因性ゼブラフィッシュ遺伝子では[31] [32] 、内因性ラット遺伝子では[33] 、内因性ヒト遺伝子では[17] [ 23 ]で活性を示しています。 [34] ヒトHPRT1遺伝子は、検出可能なレベルで標的とされていますが、定量化されていません。[23] さらに、FokI切断ドメインを、DNA結合ドメインを含むTALエフェクターのより小さな部分に融合したTALENコンストラクトは、最大25%の効率でヒト細胞内の内因性NTF3およびCCR5遺伝子を標的とするために使用されています。[17] TALエフェクターヌクレアーゼは、ヒト胚性幹細胞や人工多能性幹細胞（IPSC） の改変にも使用されており[34] 、 C.エレガンスの内因性ben-1遺伝子をノックアウトするためにも使用されている[35]。
TALE誘導性の非相同末端結合修飾は、イネにおける新たな病害抵抗性の創出に利用されている。[1]
参照
参考文献
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外部リンク
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- 「TALengineering ニュースグループ」。
エンジニアリングされた TAL エフェクター技術に関する議論のためのニュースグループ
- 「TAL エフェクター コンストラクトのオープン リソース」www.taleffectors.com。