HUH-тег

Общая эндонуклеаза HUH связывается с одноцепочечной ДНК.

Эндонуклеазы HUH (HUH-теги) представляют собой специфические для последовательности одноцепочечные ДНК (ssDNA) связывающие белки, происходящие из многочисленных видов бактерий и вирусов. ^[1] Вирусные эндонуклеазы HUH участвуют в инициировании репликации по типу катящегося кольца , в то время как эндонуклеазы бактериального происхождения инициируют бактериальную конъюгацию . В биотехнологии их можно использовать для создания связей белок-ДНК, ^[2] подобно другим методам, таким как SNAP-тег . При этом они создают 5'- ковалентную связь между ssDNA и белком. Эндонуклеазы HUH можно сливать с другими белками или использовать в качестве белковых меток .

Название HUH означает « гистидин -гидрофобный-гистидин», ссылаясь на три аминокислоты в активном центре эндонуклеазы. Некоторые ДНК-вирусы кодируют эндонуклеазу HUH, которая инициирует репликацию вирусного генома по принципу катящегося кольца, и этот процесс определяет область Monodnaviria . ^[3]

Типы эндонуклеаз HUH

Эндонуклеазы HUH в целом делятся на две категории ферментов : белки-инициаторы репликации (Rep) или белки релаксазы /мобилизации. Они оба содержат небольшие белковые домены, которые распознают специфичные для последовательности начала репликации или начала переноса , на которых они надрезают ДНК. Домен надреза Reps, как правило, меньше, порядка 10-20 кДа, в то время как домены надреза релаксазы больше, примерно 20-40 кДа. ^[2]

Способ действия

Эндонуклеазы HUH обычно имеют два остатка гистидина (H) в активном центре, координирующих катион металла ( Mg2 ⁺ или Mn2 ⁺ ), который взаимодействует с фосфатным остовом ДНК. Эти остатки допускают нуклеофильную атаку , чаще всего активированным тирозином расщепленного фосфата в остове ДНК, создавая 5'-ковалентную связь с одноцепочечной ДНК. В отличие от других подходов к связыванию ДНК с белком, эта реакция происходит в условиях окружающей среды и не требует дополнительных модификаций. Рентгеновская кристаллография и структуры ЯМР предоставили информацию о специфичности последовательности связывания ДНК. ^{[4] [5]}

Механизм реакции WDV Rep нуклеофильной атаки на остов ДНК.

Приложения

• Релаксаза MobA, включенная в вирусный капсид аденоассоциированного вируса , связывает конъюгат ДНК-антитело и нацеливает вирус на определенные типы клеток ^[6]
• Белок PCV2 Rep, слитый с Cas9, ковалентно связывает шаблон репарации ДНК с Cas9, что приводит к повышению гомологически направленной репарации в клетках человека ^[7]
• Подобно подходу, упомянутому выше, релаксаза Agrobacterium VirD2 слилась с Cas9, что позволило связать шаблон репарации ДНК для увеличения гомологически направленной репарации в растениях ^[8]
• Белок PCV2 Rep, слитый с эластиноподобными частицами (ELP), связанными с ДНК- аптамером муцина-1, для доставки лекарств в раковые клетки ^[9]
• Релаксазы TraI, MobA и TrwC, используемые в ортогональной сборке наноструктур ДНК ^[10]
• Белок PCV2 Rep, слитый с люциферазой, связанной с ДНК-аптамерами, которые определяют уровни тромбина в образце ^[11]
• «Клик-редакторы» — белок PCV2 Rep, слитый с nCas9 и фрагментом ДНК-полимеразы, что позволяет осуществлять шаблонное редактирование генома ^[12]

Ссылки

1. Чандлер, Майкл; де ла Круз, Фернандо; Дайда, Фред; Хикман, Элисон Б.; Монкалян, Габриэль; Тон-Хоанг, Бао (2013-07-08). «Разрыв и соединение одноцепочечной ДНК: суперсемейство эндонуклеаз HUH». Nature Reviews Microbiology . 11 (8): 525–538. doi :10.1038/nrmicro3067. ISSN  1740-1526. PMC 6493337.  PMID 23832240  .
2. Lovendahl, Klaus N.; Hayward, Amanda N.; Gordon, Wendy R. (2017-05-24). «Управляемые последовательностью ковалентные связи белок–ДНК за один шаг с использованием HUH-тегов». Журнал Американского химического общества . 139 (20): 7030–7035. doi :10.1021/jacs.7b02572. ISSN  0002-7863. PMC 5517037. PMID 28481515  . 
3. Koonin EV, Dolja VV, Krupovic M, Varsani A, Wolf YI, Yutin N, Zerbini M, Kuhn JH (18 октября 2019 г.). "Создать мегатаксономическую структуру, заполняющую все основные таксономические ранги, для одноцепочечных ДНК-вирусов" (docx) . Международный комитет по таксономии вирусов . Получено 27 мая 2020 г.
4. Vega-Rocha, Susana; Byeon, In-Ja L.; Gronenborn, Bruno; Gronenborn, Angela M.; Campos-Olivas, Ramón (2007). «Структура раствора, двухвалентный металл и связывание ДНК домена эндонуклеазы из белка инициации репликации из цирковируса свиней 2». Журнал молекулярной биологии . 367 (2): 473–487. doi :10.1016/j.jmb.2007.01.002. ISSN  0022-2836. PMID  17275023.
5. Эверетт, Блейк А.; Литцау, Лорен А.; Томпкинс, Кэссиди; Ши, Ке; Нельсон, Эндрю; Айхара, Хидеки; Эванс III, Роберт Л.; Гордон, Венди Р. (2019-12-01). «Кристаллическая структура домена Rep вируса карликовости пшеницы». Acta Crystallographica Section F . 75 (Pt 12): 744–749. doi :10.1107/S2053230X19015796. ISSN  2053-230X. PMC 6891580 . PMID  31797816. 
6. Zdechlik, Alina C.; He, Yungui; Aird, Eric J.; Gordon, Wendy R.; Schmidt, Daniel (2019-12-06). «Программируемая сборка композитов аденоассоциированного вируса и антитела для доставки генов с помощью рецепторов». Bioconjugate Chemistry . 31 (4): 1093–1106. doi :10.1021/acs.bioconjchem.9b00790. ISSN  1043-1802. PMC 7676631. PMID 31809024  . 
7. Aird, Eric J.; Lovendahl, Klaus N.; Martin, Amber St; Harris, Reuben S.; Gordon, Wendy R. (2018-05-31). "Повышение эффективности гомологически-направленного восстановления с помощью Cas9 посредством ковалентного связывания шаблона восстановления ДНК". Communications Biology . 1 (1): 54. doi :10.1038/s42003-018-0054-2. ISSN  2399-3642. PMC 6123678 . PMID  30271937. 
8. Али, Захир; Шами, Ашваг; Седик, Халид; Камель, Радва; Альхабси, Абдулрахман; Техсин, Мухаммед; Хасан, Норхан; Батт, Харун; Кабабджи, Ахад; Хамдан, Самир М.; Махфуз, Магди М. (23 января 2020 г.). «Слияние эндонуклеазы Cas9 и релаксазы VirD2 способствует восстановлению, направленному на гомологию, для точной геномной инженерии риса». Коммуникационная биология . 3 (1): 44. дои : 10.1038/s42003-020-0768-9. ISSN  2399-3642. ПМК 6978410 . ПМИД  31974493. 
9. Го, Вэй; Машимо, Ясумаса; Кобатакэ, Эйри; Мие, Масаясу (2020-03-16). «Конструирование наночастиц, отображающих ДНК, путем ферментативной конъюгации ДНК и эластиноподобных полипептидов с использованием белка инициации репликации». Нанотехнологии . 31 (25): 255102. doi :10.1088/1361-6528/ab8042. ISSN  0957-4484. PMID  32176872.
10. Сагредо, Сандра; Пирцер, Тобиас; Агебат Рафат, Али; Гетцфрид, Мариса А.; Монкальян, Габриэль; Зиммель, Фридрих К.; де ла Крус, Фернандо (2016). «Сборка ортогонального белка на наноструктурах ДНК с использованием релаксаз». Angewandte Chemie, международное издание . 55 (13): 4348–4352. дои : 10.1002/anie.201510313. ISSN  1521-3773. ПМК 5067690 . ПМИД  26915475. 
11. Мие, Масаясу; Ниими, Такахиро; Машимо, Ясумаса; Кобатакэ, Эйри (2019-01-03). «Конструирование конъюгатов ДНК-люциферазы NanoLuc для сэндвич-анализа на основе ДНК-аптамеров с использованием белка Rep». Biotechnology Letters . 41 (3): 357–362. doi :10.1007/s10529-018-02641-7. ISSN  0141-5492. PMID  30603832.
12. Феррейра да Силва, Джоана; Ту, Коннор Дж.; Кинг, Эмили М.; Эллер, Мадлен Л.; Руфино-Рамос, Дэвид; Ма, Линьюань; Кромвель, Кристофер Р.; Метович, Ясна; Беннинг, Фридерике М.С.; Чао, Люк Х.; Эйхлер, Флориан С.; Кляйнстивер, Бенджамин П. (2024-07-22). «Редактирование щелчком позволяет программировать написание генома с использованием ДНК-полимераз и эндонуклеаз HUH». Nature Biotechnology : 1–13. doi :10.1038/s41587-024-02324-x. ISSN  1546-1696.