Cas4

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

Cas4 هو إنزيم نوكلياز داخلي موجود في بعض أنظمة CRISPR ، ويُستخدم كجزء من مرحلة اكتساب الفواصل. تستخدم بروتينات عائلة Cas4، التابعة للأركيا Sulfolobus solfataricus، أربعة بقايا سيستين لربط عنقود حديد-كبريت مشابه لعنقود AddB النيوكليازي في Bacillus subtilis . [ 1 ] يُعدّ بروتين عائلة Cas4، الذي يُشفّره Sso0001، إنزيم نوكلياز خارجي أحادي السلسلة يعمل من 5' إلى 3'، ويتوقف في المختبر بفعل نواتج إضافة الحمض النووي خارج الحلزون. [ 1 ] يعمل Cas4 على إعادة الاستئصال لتوليد سلاسل مفردة من الحمض النووي قابلة لإعادة التركيب في الطرف 3' من سلسلة الحمض النووي المزدوجة. [ 1 ]

يلتقط إنزيم Cas4 ويخزن شظايا قصيرة من الحمض النووي تُسمى "الفواصل" من عناصر مختلفة في مصفوفات CRISPR الجينومية للخلايا المضيفة، وذلك للحفاظ على المناعة ضد الفيروسات والعناصر المتحركة الغريبة. [ 2 ] تتعرف جميع أنظمة CRISPR-Cas على "الفواصل الأولية" وتقطعها إلى الحجم الصحيح، ثم تربطها بمصفوفات CRISPR الجينومية بالاتجاه الصحيح. [ 2 ] يتم التعرف على "الفواصل الأولية" بواسطة تسلسل PAM (نمط مجاور للفواصل الأولية) يتراوح طوله بين 2 و5 أزواج قاعدية، وذلك لتوجيهها وإدخالها في مصفوفات CRISPR. [ 2 ] يقوم إنزيم Cas4 بقطع الجزء العلوي من تسلسل PAM لضمان فعالية الفواصل. [ 3 ] يحدث توجيه الفواصل أثناء التكامل الفيروسي بترددات مماثلة لبروتيني Cas1 وCas2. ويُفضل بشدة التوجيه الصحيح داخل الخلايا الحية لضمان التعرف على الهدف. [ 2 ]

بكتيريا Bacillus subtilis. معقد Cas1-Cas2-Cas4 من بكتيريا Geobacter sulfurreducens مرتبط بجزيء DNA مزدوج السلسلة يحمل النمط المجاور للبروتوسبيسر (PAM). ترتبط ثنائيات Cas1 المتماثلة (باللون الأزرق) بكل جانب من ثنائي Cas2 المتماثل (باللون الأحمر)، بينما يربط بينهما نوكلياز Cas4 Fe-S (باللون السماوي). يندمج الطرف 3′ لكل سلسلة DNA في الموقع النشط لـ Cas4. PDB : 7MI4

يُعدّ بروتين Cas4 بروتينًا أساسيًا في تقنية CRISPR، حيث يمنع تكوين الفواصل غير الوظيفية ويضمن دقة التعديل. [ 4 ] يُمثّل نظام CRISPR-Cas آلية مناعية تكيفية لمواكبة تطور العناصر الوراثية المتنقلة، مثل البلازميدات والعاثيات. [ 5 ] يمرّ نظام CRISPR-Cas بثلاث مراحل من خلال المناعة: التكيف، والتعبير، والتداخل. [ 4 ] يُظهر Cas4 نشاطًا في فكّ لولب الحمض النووي، والنوكلياز الخارجي، والنوكلياز الداخلي. [ 4 ] يُستخدم بروتينان من Cas4 لتنسيق التعرّف على تسلسل PAM، وتقليم ما قبل الفاصل، وإزالة النتوء 3'، ودمج الحمض النووي الفاصل في مصفوفة CRISPR التي توجّهه لإنتاج crRNA وظيفي يتفاعل مع الحمض النووي المستهدف، مما يُعزّز مناعة CRISPR. [ 2 ] تُوفّر المصفوفة جزيئات RNA صغيرة تُوجّه مُركّبات نوكلياز Cas إلى أهدافها. [ 5 ]

يُعدّ Cas4 ضروريًا لمعالجة الفواصل الأولية بكفاءة من خلال تكوين مُركّب Cas4- Cas1 - Cas2 . [ 3 ] في هذا المُركّب، يقوم Cas4 بقطع الركائز ثنائية السلاسل ذات النهايات الطويلة 3' من خلال قطع داخلي نووي مُحدد الموقع. [ 4 ] يتفاعل Cas4 بشكل وثيق مع المواقع النشطة للإنزيم المُدمج Cas1 ، ويتعرف على تسلسلات PAM داخل الركيزة، ويقطعها بدقة في اتجاه 5'، مما يضمن الحصول على فواصل وظيفية. [ 4 ] [ 3 ] يعمل Cas4 كإنزيم نووي ونقطة تفتيش جزيئية ضمن آلية التكيف. [ 3 ] يسمح بروتين Cas4 مع Cas1-Cas2 بدمج التسلسلات المتوافقة مع التداخل في اتجاه 3'. [ 3 ]

مراجع

  1. 1 2 3 Zhang J, Kasciukovic T, White MF (2012-10-08). "بروتين Cas4 المرتبط بتقنية CRISPR هو إنزيم نوكلياز خارجي من 5' إلى 3' يحتوي على عنقود حديد-كبريت" . PLOS ONE . 7 (10) e47232. Bibcode : 2012PLoSO...747232Z . doi : 10.1371/journal.pone.0047232 . PMC 3466216. PMID 23056615 .  
  2. 1 2 3 4 5 شيموري م، غاريت س س، غريفلي ب ر، تيرنز م ب (2018-06-07). "تحدد نوكليازات Cas4 تسلسل PAM، وطول، واتجاه شظايا الحمض النووي المدمجة في مواقع CRISPR" . الخلية الجزيئية . 70 (5): 814-824.e6. doi : 10.1016/j.molcel.2018.05.002 . ISSN 1097-2765 . PMC 5994930. PMID 29883605 .   
  3. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ لي هـ، دينغرا ي، ساشيتال د.ج. (أبريل ٢٠١٩). "يُسهّل مُركّب Cas4-Cas1-Cas2 معالجة ما قبل الفاصل بدقة أثناء تكيف CRISPR" . eLife . 8 e44248 . doi : 10.7554/eLife.44248 . PMC 6519985. PMID 31021314 .  
  4. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ لي هـ، تشو ي، تايلور د.و، ساشيتال د.ج (أبريل ٢٠١٨). "معالجة ما قبل الفاصل المعتمدة على كاس٤ تضمن برمجة عالية الدقة لمصفوفات كريسبر" . الخلية الجزيئية . ٧٠ (١): ٤٨-٥٩.هـ٥. doi : 10.1016/j.molcel.2018.03.003 . PMC ٥٨٨٩٣٢٥. PMID ٢٩٦٠٢٧٤٢ .  
  5. 1 2 كيبر إس إن، ألميندروس سي، بهلر جيه، ماكنزي آر إي، نوبريجا إف إل، هاجسما إيه سي، وآخرون . (2018-03-27). "Cas4 يسهل اختيار الفاصل المتوافق مع PAM أثناء تكيف CRISPR" . تقارير الخلية . 22 (13): 3377–3384 . دوى : 10.1016/j.celrep.2018.02.103 . ISSN 2211-1247 . بمك 5896167 . بميد 29590607 .