清华大学颜宁教授最新综述：TALE研究进展

　　

生物通报道：TALE (Transcription Activator Like Effectors)是一类DNA结合蛋白，近年来由于在基因组编辑方面的作用而受到瞩目。

近期来自清华大学，清华大学-北京大学生命科学联合中心的颜宁教授发表了题为“Revisiting the TALE repeat”的文章，针对这种蛋白重复结构提出了新观点，这将有助于深入了解TALE蛋白，并促进TALEN技术设计中的亲和力和特异性。

TALE是植物致病菌Xanthomonas通过III型分泌系统注入到宿主细胞内的一种蛋白质。TALE蛋白的奇特之处在于它的DNA结合结构域——该DNA结合结构域不同于其他已知的DNA结合结构域。它是由不同数量的重复单元组成，每一个重复单元特异识别一个DNA碱基对。

大多数情况下每个重复单元由34个氨基酸组成。这34个氨基酸中除了第12，13位的氨基酸变化较大之外，其他氨基酸高度保守。这两个不保守的氨基酸被命名为RVD（repeat variable diresidue）。每个重复序列中12，13位的氨基酸和识别的核苷酸种类有特殊的一一对应关系。

TALE蛋白的特异DNA序列识别以及灵活的可组装性为它们在分子生物学中的应用提供了巨大的前景，科学家们可以设计组装任意的TALE单元去识别目标DNA双螺旋序列。这一特性已经被用来构造切割特异双链DNA序列的DNA酶TALEN (TALE nuclease)，成功用于在细胞基因组中引入定点突变、定点敲除等操作。

2012年颜宁教授与施一公教授，朱健康教授合作，报道了转录激活因子样效应蛋白TALE特异识别DNA的分子机理，此后他们又发现TALE能够特异识别DNA-RNA杂合链，并且能够保护DNA-RNA杂合链不被核酸酶降解。

在这些研究的基础上，颜宁教授研究组提出了一个基于结构的TALE重复序列重新划分，这种新的编号系统将TALE所属家族与α-螺线超家族统一起来，并反映出了TAL效应因子的结构完整性。

此外，研究人员还解析了15个结合有靶标DNA分子的复合物中dHax3突变的晶体结构，从中说明了识别腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）的结构基础。这些结构分析都有助于加深我们对于TALE蛋白的了解，并改善TALEN技术设计中的亲和力和特异性。

之前颜宁教授还曾发表综述，针对一种特殊的转运蛋白——质子耦合次级转运蛋白进行了介绍，这是一种广泛存在于机体营养吸收，代谢产物排出，多药耐药等方面的重要作用因子。
（生物通：万纹）

原文摘要：
Revisiting the TALE repeat
Transcription activator-like (TAL) effectors specifically bind to double stranded (ds) DNA through a central domain of tandem repeats. Each TAL effector (TALE) repeat comprises 33–35 amino acids and recognizes one specific DNA base through a highly variable residue at a fixed position in the repeat. Structural studies have revealed the molecular basis of DNA recognition by TALE repeats. Examination of the overall structure reveals that the basic building block of TALE protein, namely a helical hairpin, is one-helix shifted from the previously defined TALE motif. Here we wish to suggest a structure-based re-demarcation of the TALE repeat which starts with the residues that bind to the DNA backbone phosphate and concludes with the base-recognition hyper-variable residue. This new numbering system is consistent with the α-solenoid superfamily to which TALE belongs, and reflects the structural integrity of TAL effectors. In addition, it confers integral number of TALE repeats that matches the number of bound DNA bases. We then present fifteen crystal structures of engineered dHax3 variants in complex with target DNA molecules, which elucidate the structural basis for the recognition of bases adenine (A) and guanine (G) by reported or uncharacterized TALE codes. Finally, we analyzed the sequence-structure correlation of the amino acid residues within a TALE repeat. The structural analyses reported here may advance the mechanistic understanding of TALE proteins and facilitate the design of TALEN with improved affinity and specificity.