2012年1月5日的《科學(xué)》在線報道稱,，清華大學(xué)顏寧教授研究組、施一公教授研究組以及美國普渡大學(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）特異識別DNA的分子機(jī)理,。
TALE (Transcription Activator Like Effectors)植物致病菌Xanthomonas通過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,，每一個重復(fù)單元特異識別一個DNA堿基對。大多數(shù)情況下每個重復(fù)單元由34個氨基酸組成,。這34個氨基酸中除了第12,，13位的氨基酸變化較大之外，其他氨基酸高度保守,。這兩個不保守的氨基酸被命名為RVD（repeat variable diresidue）,。每個重復(fù)序列中12，13位的氨基酸和識別的核苷酸種類有特殊的一一對應(yīng)關(guān)系,。TALE蛋白的特異DNA序列識別以及靈活的可組裝性為它們在分子生物學(xué)中的應(yīng)用提供了巨大的前景,，科學(xué)家們可以設(shè)計組裝任意的TALE單元去識別目標(biāo)DNA雙螺旋序列。這一特性已經(jīng)被用來構(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突變,、定點敲除等操作。理解TALE識別DNA的分子機(jī)制，會極大地促進(jìn)其在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,。
TALE蛋白到底是如何實現(xiàn)這種特殊的DNA識別方式呢,？為了回答這個有趣的問題，顏寧,、施一公,、朱健康研究組合作，選擇了一個經(jīng)過改造的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蛋白特異識別DNA的機(jī)理,。結(jié)構(gòu)還顯示RVD這兩個殘基中只有第二位的氨基酸才與堿基特異識別。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自“清華,、北大、NIBS三校聯(lián)合培養(yǎng)項目”的二年級研究生鄧東,、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)收集提供的及時有效的巨大便利保證了我國研究組在這一課題的激烈國際競爭中的最終勝出,。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1126/science.1215670
PMC:
PMID:
Structural Basis for Sequence-Specific Recognition of DNA by TAL Effectors
Deng, Dong; Yan, Chuangye; Pan, Xiaojing; Mahfouz, Magdy; Wang, Jiawei; Zhu, Jian-Kang; Shi, Yigong; Yan, Nieng
TAL effectors, secreted by phytopathogenic bacteria, recognize host DNA sequences through a central domain of tandem repeats. Each repeat comprises 33 to 35 conserved amino acids and targets a specific base pair using two hypervariable residues (known as RVD) at positions 12 and 13. Here, we report the crystal structures of a 11.5-repeat TAL effector in both DNA-free and DNA-bound states. Each TAL repeat comprises two helices connected by a short RVD-containing loop. The 11.5 repeats form a right-handed, super-helical structure that tracks along the sense strand of DNA duplex, with RVDs contacting the major groove. The 12th residue stabilizes the RVD loop, whereas the 13th residue makes a base-specific contact. Understanding DNA recognition by TAL effectors may facilitate rational design of DNA-binding proteins with biotechnological applications.
