西亞試劑：TALE蛋白特異性識(shí)別DNA分子機(jī)制

清華大學(xué)顏寧教授研究組、施一公教授研究組以及美國(guó)普渡大學(xué)朱健康教授合作研究，揭示轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)蛋白（TALE）特異識(shí)別DNA的分子機(jī)理。

TALE (Transcription Activator Like Effectors)植物致病菌Xanthomonas通過(guò)III型分泌系統(tǒng)注入到宿主細(xì)胞內(nèi)的一種蛋白質(zhì)。TALE蛋白的奇特之處在于它的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域——該DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域不同于其他已知的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。它是由不同數(shù)量的重復(fù)單元組成，每一個(gè)重復(fù)單元特異識(shí)別一個(gè)DNA堿基對(duì)。大多數(shù)情況下每個(gè)重復(fù)單元由34個(gè)氨基酸組成。這34個(gè)氨基酸中除了第12，13位的氨基酸變化較大之外，其他氨基酸高度保守。這兩個(gè)不保守的氨基酸被命名為RVD（repeat variable diresidue）。每個(gè)重復(fù)序列中12，13位的氨基酸和識(shí)別的核苷酸種類有特殊的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。TALE蛋白的特異DNA序列識(shí)別以及靈活的可組裝性為它們?cè)诜肿由飳W(xué)中的應(yīng)用提供了巨大的前景，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)組裝任意的TALE單元去識(shí)別目標(biāo)DNA雙螺旋序列。這一特性已經(jīng)被用來(lái)構(gòu)造切割特異雙鏈DNA序列的DNA酶TALEN (TALE nuclease)，成功用于在細(xì)胞基因組中引入定點(diǎn)突變、定點(diǎn)敲除等操作。理解TALE識(shí)別DNA的分子機(jī)制，會(huì)極大地促進(jìn)其在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

TALE蛋白到底是如何實(shí)現(xiàn)這種特殊的DNA識(shí)別方式呢？為了回答這個(gè)有趣的問(wèn)題，顏寧、施一公、朱健康研究組合作，選擇了一個(gè)經(jīng)過(guò)改造的TALE蛋白dHax3，進(jìn)行結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)研究，最終獲得了2.4埃和1.85埃兩個(gè)高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)：未結(jié)合DNA和結(jié)合DNA的TALE蛋白結(jié)構(gòu)。這些晶體結(jié)構(gòu)顯示TALE蛋白的重復(fù)單元組成Helix-loop-helix的結(jié)構(gòu)圍繞DNA呈右手螺旋狀排列，并清晰揭示了TALE蛋白特異識(shí)別DNA的機(jī)理。結(jié)構(gòu)還顯示RVD這兩個(gè)殘基中只有第二位的氨基酸才與堿基特異識(shí)別。結(jié)構(gòu)比較進(jìn)一步展示了TALE蛋白類似于彈簧的伸展性。這些結(jié)構(gòu)信息提供了TALE蛋白的改造基礎(chǔ)，極大地拓寬了TALE蛋白在生物技術(shù)應(yīng)用上的前景。該論文以Highlight的形式被Science Express發(fā)表。

該論文的共同第一作者是來(lái)自“清華、北大、NIBS三校聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目”的二年級(jí)研究生鄧東、清華大學(xué)生命學(xué)院的研究生閆創(chuàng)業(yè)，和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一年級(jí)研究生潘孝敬。上海同步輻射（SSRF）為數(shù)據(jù)收集提供的及時(shí)有效的巨大便利保證了我國(guó)研究組在這一課題的激烈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的最終勝出