인공전사인자

Artificial transcription factor
그림 1유전자 발현을 상향 조절하는 자연전사인자의 예 1.전사인자(활성화제 단백질 라벨 부착)는 특정 DNA 배열(증강제 라벨 부착)에 결합한다.2.전사인자는 다른 단백질 및 전사인자를 모집하여 유전자 프로모터에 결합하는 단백질 복합체를 형성한다. 3.활성 단백질 복합체가 프로모터에 결합하고 RNA 중합효소가 쉽게 결합하여 표적 유전자를 전사하기 시작한다. 4. 및 5.에서 절연체/억제자가 결합할 수 있는 추가 시나리오이다.5. 메틸화는 절연체의 결합을 막을 수 있다.

인공전사인자(ATF)[1]는 유전자 전사를 활성화하거나 억제하는 공학적 개별 또는 다분자 전사인자이다.

ATF는 종종 DNA 결합 도메인과 이펙터 도메인 또는 조절 [1]도메인으로도 알려진 조절 도메인이라는 두 가지 주요 구성 요소를 함께 포함합니다.DNA결합 도메인은 높은 친화력을 가진 특정 DNA 배열을 목표로 하며, 조절 도메인은 결합 [1]유전자를 활성화 또는 억제하는 역할을 한다.ATF는 유전자 발현을 직접적으로 조절할 수 있고, 전사를 시작하기 위해 단백질과 다른 전사 인자를 모집할 수 있습니다, 또는 RNA 중합효소가 DNA를 결합하고 전사하는 것을 억제하는 DNA를 압축하기 위해 단백질과 다른 전사 인자를 모집할 수 있습니다; 유전자 발현을 상향 조절하는 전사 인자의 예는 다음과 같습니다.그림 [1][2]1을 참조해 주세요.ATF는 DNA 결합 도메인과 조절 도메인이라는 두 개의 분리 가능한 구성요소로 구성되기 때문에, 두 도메인은 교환이 가능하여 기존의 자연 전사 [1]인자에서 새로운 ATF를 설계할 수 있습니다.

ATF의 일부 적용에는 세포 상태 재프로그래밍, 암 치료 및 엔젤만 [2][3][4]증후군에 대한 그럴듯한 치료법이 포함된다.

ATF 설계

DNA결합 도메인

DNA 결합 도메인은 ATF를 특정 유전자 배열로 전달합니다.자연 DNA 결합 단백질은 DNA 표적 배열에 대한 높은 친화력 때문에 일반적으로 사용되지만, 현재는 단백질 아미노산 배열을 상보적인 DNA 결합 배열과 일치시키는 알고리즘이 존재하지 않아 새로운 DNA 결합 [1]단백질의 합리적인 설계를 제한한다.합리적인 [1]설계를 허용하는 비펩타이드, 올리고뉴클레오티드 및 폴리아미드 DNA 결합 도메인이 최근에 연구되었다.선택되는 DNA 결합 도메인의 유형은 ATF의 바람직한 용도에 따라 달라집니다.일반적인 DNA 결합 도메인은 아래의 [1][2]ATF DNA 결합 도메인의 유형 섹션에 나와 있습니다.

규제 구역

조절 영역은 결합 유전자를 활성화 또는 억제하는 역할을 하며 유전자 발현을 직접 조절하거나 전사 수준을 [1][2]변화시키기 위해 다른 단백질과 전사 인자를 모집함으로써 이 조절을 달성합니다.유전자를 상향 조절하는 한 가지 방법은 ATF가 히스톤 주변의 DNA를 느슨하게 감싸는 단백질을 모집하는 것입니다. 따라서, DNA를 압축하는 것은 RNA 중합효소의 [1]결합을 억제함으로써 유전자 발현을 하향 조절합니다.유전자 전사를 촉진하는 조절 영역은 보통 산성 및 소수성 아미노산으로 구성된 산성 활성제이며, 유전자 전사를 억제하는 조절 영역은 보통 더 많은 염기성 [1]아미노산을 포함합니다.ATF가 전사에 미치는 영향에 영향을 미치는 요인으로는 조절 영역이 전사 부위로부터의 거리, 세포 유형 및 조절 [1]영역에 존재하는 활성화 또는 억제 시퀀스의 수가 포함된다.활성화 도메인, 유전자 전사를 촉진하는 조절 도메인은 종종 5배에서 40배까지 전사를 상향 조정할 수 있으며 RNA 조절 도메인은 100배 전사 수준을 [1]초래하는 것으로 나타났다.유전자를 억제하기 위한 대안 전략은 ATF가 자연전사인자를 능가하고 RNA 중합효소에 의한 전사를 물리적으로 차단하는 것이다. 그러나 자연전사인자보다 DNA 배열에 대한 친화력이 높은 ATF를 생성하는 것은 여전히 어려운 [1]과제이다.

링커

링커는 DNA 결합 도메인과 규제 [1]도메인을 공유 또는 비공유적으로 연결합니다.펩타이드 링커가 자주 사용되지만 폴리에틸렌 글리콜과 소분자 링커도 존재한다.[1]링커는 DNA 결합 도메인과 규제 도메인을 상호 교환할 수 있도록 하여 자연 전사인자 [1]성분에서 새로운 ATF를 설계할 수 있도록 합니다.링커는 덜 연구되었지만, 링커의 길이는 조절 영역이 유전자 [1]발현에 미치는 영향의 정도를 바꾸기 때문에 중요하다.

역사

대부분의 ATF는 기존 DNA 결합 도메인과 조절 도메인을 교환하여 새로운 표적 부위와 전사 조절 [1]결과를 가진 ATF를 생성함으로써 구성되었다.더 높은 [2]특이성을 만들고 잠재적 부작용을 통제하기 위해 새로운 표적화 기능을 가진 설계된 DNA 결합 도메인이 탐색되고 있습니다.미래에는 생리적 단서에 반응할 수 있고, 특정 세포 타입의 전사 수준만 변화하며, 전기 절단을 사용하지 않고 쉽게 전달될 수 있는 ATF가 큰 [1]관심사가 된다.

ATF DNA 결합 도메인 유형

CRISPR-CAS

클러스터된 정기적인 간격 짧은 회문 반복 - Cas(CRISPR-Cas) 시스템은 단일 가이드 RNA(sgRNA)[5]를 사용하여 특정 DNA 서열을 목표로 광범위하게 연구되어 왔다.ATF 어플리케이션의 경우 CRISPR-Cas 시스템은 Cas 효소의 자연 기능을 비활성화하고 조절 영역을 Cas [2]효소와 연결하도록 수정된다.CRISPR-Cas 시스템은 sgRNA와 표적 DNA 배열 사이의 높은 특이성 및 새로운 sgRNA 설계의 단순성으로부터 이익을 얻지만, CRISPR-Cas 시스템은 표적 DNA 부위의 바로 상류에 PAM 배열이 필요하며 Cas 단백질의 큰 크기가 [2]세포로의 전달을 방해한다.

이야기

전사활성화유사효과인자(TALEs)는 34개의 아미노산 길이 세그먼트를 반복하여 이루어진 펩타이드 구조체로, 340~510개의 아미노산 [2]범위의 펩타이드를 형성한다.각 반복 세그먼트는 2개의 알파 헬리크로 접혀지고 반복 세그먼트 내의 잔류 위치 12, 13에서 아미노산이 DNA 결합 [2]배열을 결정한다.TALES 펩타이드는 표적 DNA에 대한 특이성이 높아 2차 부작용을 방지하지만, 이 높은 특이성은 ATF가 여러 부위에 결합하는 것을 방지하고 원하는 [2]효과마다 다른 ATF를 필요로 한다.

아연 핑거

아연 손가락은 자연적으로 풍부하고, 여러 조절 과정에 관여하며, 일반적인 진핵생물 전사 인자입니다.[6]Cis2/His2 아연 핑거는 광범위하게 연구되었으며, 30개의 아미노산으로 구성되며, 비회문학적 배열에 결합할 수 있으며, 상보적 결합 [4][7][8]배열을 지정하는 알파 나선의 위치 1, 3, 6에 3~4개의 중요 아미노산을 포함하고 있다.아연 집게는 30개의 아미노산 길이에 불과하기 때문에 그들은 전달하기 더 쉽고, 여러 개의 아연 집게는 하나의 ATF로 더 큰 DNA 서열을 목표로 함께 연결될 수 있습니다; 하지만, 세 개 이상의 아연 집게를 함께 연결하는 것은 각각의 아연 집게의 특이성을 줄이고 소외 표적을 [2]증가시킵니다.

ATF 어플리케이션

셀 상태 재프로그래밍

세포 분화를 유도하고 세포 운명을 재프로그래밍하는 것은 전통적으로 전사인자의 [9]혼합을 통해 이루어졌습니다.분화상태에서 배아줄기세포와 [10]유사한 유도만능줄기세포 상태로 세포를 재프로그래밍하는 4가지 전사인자 Oct4/Sox2/cMyc/Klf4가 발견되자 이 분야는 상당한 관심을 얻었다.서로 연결된 3개의 아연 핑거 단백질로 구성된 복수의 ATF는 각각 유전자를 활성화하여 결국 세포 내에서 10월 4일 전사 인자의 생산을 유도하고, 외부 10월 4일 전사 [2]인자의 추가 없이 유도 다능 상태로 세포가 재프로그래밍되도록 할 수 있다.세포 상태의 변화는 ATF가 세포 [2]재프로그래밍에서 기존의 전사 인자를 대체할 수 있음을 보여줍니다.

엔젤먼 증후군

엔젤만 증후군은 모성 UBE3A [3]유전자가 비활성화되어 생기는 신경 발달 장애입니다.ATF를 사용하는 두 가지 잠재적 치료 전략은 모성 UBE3A 유전자의 발현을 상향 조절하거나 부성 UBE3A [3]유전자의 억제를 유발하는 유전자인 UBE3A-AS 유전자의 발현을 하향 조절하는 것이다.아연 손가락 ATF TAT-S1은 UBE3A-AS 유전자에 대한 강력한 억제제 역할을 하며, 쥐에게 투여했을 때 [3]뇌에서 Ube3a가 증가하였다.

암

비정상적인 유전자 발현은 정기적으로 암과 통제되지 않는 종양 성장과 관련이 있으며, ATF는 [4]암 치료에 유망한 치료제이다.ATF 내에서 6개의 아연 핑거를 서로 연결함으로써 ATF는 ATF 내의 각 아연 핑거에 상보적인 작은 후속을 포함하는 18개의 염기쌍 배열에만 결합하므로 ATF는 특정 3~4개의 염기쌍 [4]배열만을 대상으로 하는 1개의 아연 핑거보다 더 특이하다.KRAB 억제제 조절 영역과 연결된 ATF는 화학 치료에 대한 암세포의 약물 내성을 감소시키고, 활성제 영역과 연결된 ATF는 세포 아포토시스를 유발하는 Bax 유전자 발현을 상향 조정할 수 있다. 그러나 이러한 치료법은 불충분한 전달 [4]방법 때문에 초기 단계에 머물러 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Ansari, Aseem Z; Mapp, Anna K (2002-12-01). "Modular design of artificial transcription factors". Current Opinion in Chemical Biology. 6 (6): 765–772. doi:10.1016/S1367-5931(02)00377-0. ISSN 1367-5931. PMID 12470729.
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