Fanzor
| Fanzor | |
|---|---|
 Структура Fanzor, выделенного из Spizellomyces punctatus (SpuFz), в комплексе с омега-РНК и целевой ДНК |
Fanzor (Fz) — TnpB-подобные эукариотические РНК-зависимые ДНК-эндонуклеазы, гомолог CRISPR-Cas систем, впервые обнаруженные у почвенного грибка Spizellomyces punctatus(eng.). Полагают, что Fanzor произошли от TnpB, эффектора прокариотической РНК-ориентированной системы, известной как OMEGA. TnpB также считается предполагаемым предком Cas12, РНК-ориентированной эндонуклеазы, используемой в системе CRISPR-Cas. Это предполагает связь между Fz, TnpB и Cas12, несмотря на их разные роли в прокариотических и эукариотических клетках[1].
История изучения
[править | править код]Впервые Fanzor был описан в 2013 году исследователями как TnpB-IS200/IS605-подобный белок[2]. Было обнаружено два варианта этого белка: Fz-1 и Fz-2, гены которых широко распространены в транспозонах и гигантских дцДНК-содержащих вирусах эукариот.
Таким образом, Fanzor является первой открытой РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазной системой у эукариот[1].
Эволюционное происхождение и филогения
[править | править код]Эффектор OMEGA (Obligate Mobile Element-guided Activity) TnpB является предполагаемым предком Cas12 и обладает РНК-зависимой эндонуклеазной активностью. TnpB также может быть предком белков Fanzor, что повышает вероятность того, что эукариоты также оснащены CRISPR-Cas или OMEGA-подобными программируемыми РНК-ориентированными эндонуклеазами. Показано, что Fz представляет собой эукариотическую систему OMEGA, демонстрируя, что РНК-ориентированные эндонуклеазы присутствуют во всех трех доменах жизни (бактериях, археях и эукариотах)[1].
Системы OMEGA являются предками систем CRISPR-Cas, а TnpB превратилась в единую РНК-ориентированную эндонуклеазу Cas12. TnpB также имеет отдаленную гомологию с Fanzor. Предполагается, что Fz-1 и Fz-2 имеют независимое происхождение, при котором два различных TnpB были горизонтально перенесены эукариотическим хозяевам[1].
Филогения и распространение белков TnpB и Fanzor указывают на то, что они могут распространяться среди эукариотических видов вирусами[2].
Прокариотические белки TnpB кодируются бактериальными транспозиционными элементами (TE) семейства IS200/605 или IS607. Если белки Fanzor2 ближе к прокариотическому TnpB, также кодируется IS607-подобными элементами, то белки Fanzor1 кодируются различными TE и имеют более отдаленное родство с TnpB, чем белки Fanzor2[2].
Устройство
[править | править код]Fanzor и TnpB имеют похожие консервативные C-концевые мотивы и широко-вариабельные N-концы. Ген Fz-1 встречается в большем количестве различных суперсемейств транспозонов (Helitron, Mariner, IS4-like, Sola, MuDr), чем Fz-2 (лишь некоторые IS607 типа). Fz-1 встречается только у эукариот, в то время как Fz-2 колокализован с некоторыми белками TnpB из прокариотических инсерционных элементов IS607[2].
Примечательно, что вирусные Fz принадлежат к обеим кладам. К примеру два разных штамма вируса, Emiliania huxleyi virus 88 и Emiliania huxleyi virus 99B1, несут соответственно элементы EHv88-1 из Fanzor1 и EHv99B1-1 из Fanzor2. С другой стороны, одни и те же белки Fz могут быть выявлены у совершенно разных клад эукариотических вирусов[2].
N-концы Fz-2 и TnpB имеют домен спираль-поворот-спираль (HTH), включая кодируемые инсерционными элементами IS607, IS891, ISArma1 и ISvAR158_1. Выравнивание в этой локальной области является относительно консервативным, этот HTH-домен предположительно присутствует и в других белках TnpB. Однако неясно, существует ли аналогичный HTH-домен в белках Fanzor1. Две дополнительные аминокислоты (G500 и E536) также высококонсервативны в белках Fanzor1, но это может отражать меньшую дивергенцию клады Fanzor1 по сравнению с кладой TnpB[2].
Функции
[править | править код]Первоначально было выдвинуто предположение что Fanzor регулируют активность мобильных элементов посредством метилирования ДНК[2]. Однако дальнейшие исследования показали, что Fz являются РНК-зависимой эндонуклеазой[1].
Распространенность систем Fanzor
[править | править код]Fz1 широко распространен у грибов, особенно у видов неопределенного происхождения (incertae sedis); однако он также обнаружен у простейших, членистоногих, растений и эукариотических вирусов, в частности гигантских вирусов. Fz2 широко встречается у грибов и в некоторых случаях у моллюсков, хоанофлагеллят и эукариотических вирусов, большинство из которых также являются гигантскими вирусами. TnpB наблюдается в обеих ветвях Fz, при этом его присутствие наблюдалось в ветвях, содержащих гигантские вирусы, заражающие хозяев, живущих в симбиозе с бактериями (например, Acanthamoeba castellanii mamavirus), а также спорадически в ветвях, содержащих SAR (Stramenopiles, Alveolates и Rhizaria) или грибах, что повышает вероятность того, что TnpB были горизонтально перенесены от прокариот к эукариотическим хозяевам[1].
Перспективы применения в генной инженерии
[править | править код]С точки зрения биоинженерии, эукариотическое происхождение Fz и его относительно небольшой размер по сравнению с Cas9/12 делают его привлекательной отправной точкой для дальнейшего развития. Однако, учитывая возможную функцию Fz (и эффекторов OMEGA в более широком смысле) в содействии распространению транспозонов, они могут быть развиты с низкой активностью и/или жестко регулироваться в их нативных организмах, чтобы предотвратить токсичность для хозяина. Возможность перепрограммировать Fz для целей инженерии генома человека была показана экспериментально[1].
Литература
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Makoto Saito, Peiyu Xu, Guilhem Faure, Samantha Maguire, Soumya Kannan, Han Altae-Tran, Sam Vo, AnAn Desimone, Rhiannon K. Macrae, Feng Zhang. Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease (англ.) // Nature. — 2023-08. — Vol. 620, iss. 7974. — P. 660–668. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/s41586-023-06356-2. Архивировано 29 июня 2023 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Weidong Bao, Jerzy Jurka. Homologues of bacterial TnpB_IS605 are widespread in diverse eukaryotic transposable elements // Mobile DNA. — 2013-04-01. — Т. 4, вып. 1. — С. 12. — ISSN 1759-8753. — doi:10.1186/1759-8753-4-12.