TAL ( tipo activador de la transcripción ) efectores (a menudo denominado como cuentos , pero que no debe confundirse con el t hree un mino ácido l oop e xtension clase homeobox de proteínas) son proteínas secretadas por Xanthomonas bacterias a través de su sistema de secreción de tipo III cuando infectar varias especies de plantas . Estas proteínas pueden unirse a secuencias promotoras en la planta huésped y activar la expresión de genes vegetales que ayudan a la infección bacteriana. Reconocen secuencias de ADN de plantasa través de un dominio de repetición central que consta de un número variable de ~ 34 repeticiones de aminoácidos. Parece haber una correspondencia uno a uno entre la identidad de dos aminoácidos críticos en cada repetición y cada base de ADN en la secuencia diana. Estas proteínas son interesantes para los investigadores tanto por su papel en la enfermedad de importantes especies de cultivos como por la relativa facilidad de reorientarlas para que se unan a nuevas secuencias de ADN. Se pueden encontrar proteínas similares en la bacteria patógena Ralstonia solanacearum [1] [2] y Burkholderia rhizoxinica , [3] así como en microorganismos marinos aún no identificados. [4] El término TALE-like se usa para referirse a la supuesta familia de proteínas que abarca los TALE y estas proteínas relacionadas.
Efector de tipo activador de transcripción | ||||||
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Identificadores | ||||||
Organismo | ||||||
Símbolo | pthXo1 | |||||
UniProt | B2SU53 | |||||
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Función en la patogenia de las plantas.
Las xantomonas son bacterias gramnegativas que pueden infectar una amplia variedad de especies de plantas, como pimiento, arroz, cítricos, algodón, tomate y soja. [5] Algunos tipos de Xanthomonas causan mancha foliar localizada o estrías en las hojas, mientras que otros se propagan sistémicamente y causan pudrición negra o enfermedad del tizón foliar. Inyectan una serie de proteínas efectoras, incluidos los efectores TAL, en la planta a través de su sistema de secreción de tipo III . Los efectores de TAL tienen varios motivos normalmente asociados con eucariotas, incluidas múltiples señales de localización nuclear y un dominio de activación ácido. Cuando se inyectan en las plantas, estas proteínas pueden ingresar al núcleo de la célula vegetal, unirse a las secuencias promotoras de la planta y activar la transcripción de genes vegetales que ayudan en la infección bacteriana. [5] Las plantas han desarrollado un mecanismo de defensa contra los efectores de tipo III que incluye genes R (de resistencia) activados por estos efectores. Algunos de estos genes R parecen haber evolucionado para contener sitios de unión al efector de TAL similares al sitio en el gen diana pretendido. Se ha planteado la hipótesis de que esta competencia entre las bacterias patógenas y la planta huésped explica la naturaleza aparentemente maleable del dominio de unión al ADN efector de TAL. [6]
Reconocimiento de ADN
La característica más distintiva de los efectores TAL es un dominio de repetición central que contiene entre 1,5 y 33,5 repeticiones que suelen tener 34 residuos de longitud (la repetición C-terminal es generalmente más corta y se denomina "media repetición"). [5] Una secuencia de repetición típica es LTPEQVVAIAS HD GGKQALETVQRLLPVLCQAHG , pero los residuos en las posiciones 12 y 13 son hipervariables (estos dos aminoácidos también se conocen como el residuo variable de repetición o RVD). Existe una relación simple entre la identidad de estos dos residuos en repeticiones secuenciales y bases de ADN secuenciales en el sitio diana del efector TAL. [6] La estructura cristalina de un efector TAL unido al ADN indica que cada repetición comprende dos hélices alfa y un bucle corto que contiene RVD donde el segundo residuo del RVD hace contactos de ADN específicos de secuencia mientras que el primer residuo del RVD estabiliza el Bucle que contiene RVD. [8] [9] Los sitios diana de los efectores TAL también tienden a incluir una timina que flanquea la base 5 'dirigida por la primera repetición; esto parece deberse a un contacto entre este T y un triptófano conservado en la región N-terminal del dominio repetido central. [8] Sin embargo, esta posición "cero" no siempre contiene timina, ya que algunos andamios son más permisivos. [10]
El código TAL-ADN fue roto por dos grupos separados en 2010. [6] El primer grupo, encabezado por Adam Bogdanove , rompió este código computacionalmente buscando patrones en alineaciones de secuencias de proteínas y secuencias de ADN de promotores diana derivados de una base de datos de genes. regulado por los CUENTOS. [11] El segundo grupo (Boch) dedujo el código a través del análisis molecular del efector de TAL AvrBs3 y su secuencia de ADN diana en el promotor de un gen de pimienta activado por AvrBs3. [12] El código validado experimentalmente entre la secuencia RVD y la base del ADN diana se puede expresar de la siguiente manera:
Residuo | Base | Notas | Referencias |
---|---|---|---|
NI | A | [12] | |
HD | C | No es 5-metil-C | [12] |
NG | T, 5 m C | [12] [13] | |
NN | R | Purina: G o A | [12] |
NS | norte | Alguna | [12] |
NK | GRAMO | Actividad reducida de TALEN si se usa exclusivamente | [14] [15] |
NUEVA HAMPSHIRE | GRAMO | [7] |
Genes diana
Los efectores TAL pueden inducir genes de susceptibilidad que son miembros de la familia de genes NODULIN3 (N3). Estos genes son esenciales para el desarrollo de la enfermedad. En el arroz, dos genes, Os-8N3 y Os-11N3, son inducidos por efectores de TAL. Os-8N3 es inducido por PthXo1 y Os-11N3 es inducido por PthXo3 y AvrXa7. Existen dos hipótesis sobre las posibles funciones de las proteínas N3:
- Están involucrados en el transporte de cobre, lo que resulta en la desintoxicación del medio ambiente para las bacterias. La reducción del nivel de cobre facilita el crecimiento bacteriano.
- Están involucrados en el transporte de glucosa, facilitando el flujo de glucosa. Este mecanismo proporciona nutrientes a las bacterias y estimula el crecimiento y la virulencia de patógenos [ cita requerida ]
Efectores de ingeniería TAL
Esta simple correspondencia entre los aminoácidos en los efectores de TAL y las bases de ADN en sus sitios objetivo los hace útiles para aplicaciones de ingeniería de proteínas. Numerosos grupos han diseñado efectores de TAL artificiales capaces de reconocer nuevas secuencias de ADN en una variedad de sistemas experimentales. [12] [14] [15] [16] [17] [18] Estos efectores de TAL diseñados se han utilizado para crear factores de transcripción artificiales que se pueden utilizar para apuntar y activar o reprimir genes endógenos en tomate , [14] Arabidopsis thaliana , [14] y células humanas. [15] [17] [7] [19]
Las construcciones genéticas para codificar proteínas basadas en efectores de TAL se pueden preparar usando síntesis de genes convencional o ensamblaje modular. [17] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] Un kit de plásmido para ensamblar TALEN personalizado y otras construcciones efectoras de TAL está disponible a través del repositorio público sin fines de lucro Addgene . Las páginas web que brindan acceso a software público, protocolos y otros recursos para aplicaciones de selección de ADN efector-ADN de TAL incluyen TAL Effector-Nucleotide Targeter y taleffectors.com .
Aplicaciones
Los efectores de TAL diseñados también pueden fusionarse con el dominio de escisión de FokI para crear nucleasas efectoras de TAL (TALEN) o meganucleasas (nucleasas con sitios de reconocimiento más largos) para crear "megaTAL". [26] Tales fusiones comparten algunas propiedades con las nucleasas de dedos de zinc y pueden ser útiles para aplicaciones de ingeniería genética y terapia génica . [27]
Los enfoques basados en TALEN se utilizan en los campos emergentes de la edición de genes y la ingeniería del genoma . Las fusiones de TALEN muestran actividad en un ensayo basado en levadura, [16] [28] en genes de levadura endógenos, [20] en un ensayo de reportero vegetal, [18] en un gen vegetal endógeno, [21] en genes endógenos de pez cebra , [29 ] [30] en un gen de rata endógeno , [31] y en genes humanos endógenos. [15] [21] [32] El gen HPRT1 humano se ha dirigido a niveles detectables, pero no cuantificados. [21] Además, las construcciones TALEN que contienen el dominio de escisión FokI fusionado a una porción más pequeña del efector TAL que aún contiene el dominio de unión al ADN se han utilizado para apuntar a los genes NTF3 y CCR5 endógenos en células humanas con eficiencias de hasta el 25%. [15] Las nucleasas efectoras TAL también se han utilizado para manipular células madre embrionarias humanas y células madre pluripotentes inducidas (IPSC) [32] y para anular el gen ben-1 endógeno en C. elegans . [33]
Ver también
- Proteína de unión al ADN
- Dominio de unión al ADN
- Motivo de secuencia
- Me gusta de cuento
- Dedo de zinc
- Nucleasa de dedos de zinc
Referencias
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enlaces externos
- TALengineering.org Un recurso completo y disponible públicamente para la tecnología de efectores TAL diseñada
- Grupo de noticias TALengineering Grupo de noticias para la discusión de la tecnología de efectores TAL diseñada
- Boch y Schornack (2010). "ISMPMIReporter1001" . Sociedad Internacional de Interacciones Moleculares Planta-Microbio.
- www.taleffectors.com Un recurso abierto para construcciones efectoras TAL
- Life Technologies Un proveedor comercial de efectores TAL
- Molécula de PDB del mes Una entrada en el destacado estructural mensual de la base de datos de proteínas