生物通報道：來自清華大學生命科學學院和醫學院，美國普渡大學等處的研究人員發表了題為“Structural Basis for Sequence-Specific Recognition of DNA by TAL Effectors”的文章，報道了轉錄激活因子樣效應蛋白（TALE）特異識別DNA的分子機理，這提供了TALE蛋白的改造基礎，極大地拓寬了TALE蛋白在生物技術應用上的前景。相關成果公布在Science雜志上，并被作為亮點推薦文章。 
文章的通訊作者是清華大學顏寧教授和施一公教授，共同*作者是來自“清華、北大、NIBS三校聯合培養項目”的二年級研究生鄧東、清華大學生命學院的研究生閆創業，和清華大學醫學院的一年級研究生潘孝敬。這項研究是與美國普渡大學朱健康教授研究組合作完成。除此之外，上海同步輻射（SSRF）為數據收集提供了及時有效的巨大便利。
TALE （Transcription Activator Like Effectors）植物致病菌Xanthomonas通過III型分泌系統注入到宿主細胞內的一種蛋白質。TALE蛋白的奇特之處在于它的DNA結合結構域--該DNA 結合結構域不同于其他已知的DNA結合結構域。它是由不同數量的重復單元組成，每一個重復單元特異識別一個DNA堿基對。大多數情況下每個重復單元由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關系。
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中的應用提供了巨大的前景，科學家們可以設計組裝任意的TALE單元去識別目標DNA雙螺旋序列。這一特性已經被用來構造切割特異雙鏈DNA序列的DNA酶TALEN （TALE nuclease），成功用于在細胞基因組中引入定點突變、定點敲除等操作。理解TALE識別DNA的分子機制，會極大地促進其在生命科學領域的應用。
TALE蛋白到底是如何實現這種特殊的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，選擇了一個經過改造的TALE蛋白dHax3，進行結構生物學和生物化學研究，zui終獲得了2.4埃和1.85埃兩個高分辨率的晶體結構：未結合DNA和結合DNA的TALE蛋白結構。
這些晶體結構顯示TALE蛋白的重復單元組成Helix-loop-helix的結構圍繞DNA呈右手螺旋狀排列，并清晰揭示了TALE蛋白特異識別DNA的機理。結構還顯示RVD這兩個殘基中只有第二位的氨基酸才與堿基特異識別。結構比較進一步展示了TALE蛋白類似于彈簧的伸展性。這些結構信息提供了TALE蛋白的改造基礎，極大地拓寬了TALE蛋白在生物技術應用上的前景。
這是清華大學結構生物學研究的又一重要成果，是自2009年4月以來清華大學作為通訊作者發表的第11篇Nature、Science、Cell論文。
（生物通：萬紋）
原文摘要：
Structural Basis for Sequence-Specific Recognition of DNA by TAL Effectors
 
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. 

作者簡介：
顏寧
教授、博士生導師 

1977年出生于山東。1996-2000年就讀于清華大學生物系獲學士學位；2000-2004年于普林斯頓大學分子生物學系攻讀博士學位；2005-2007年于普林斯頓大學分子生物學系從事博士后研究；2007年受聘于清華大學醫學院擔任教授、博導。獲得由 Science 和GE Healthcare評選的2005年“青年科學家獎”（北美地區）。 

實驗室的主要研究方向：
1.重要膜蛋白的結構與功能研究 
2.*代謝調控通路的結構生物學和生物化學研究

來源：生物通