生物通報道：來自清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和醫(yī)學(xué)院，美國普渡大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Structural Basis for Sequence-Specific Recognition of DNA by TAL Effectors”的文章，報道了轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)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(chǔ)，極大地拓寬了TALE蛋白在生物技術(shù)應(yīng)用上的前景。相關(guān)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(xué)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(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。這項研究是與美國普渡大學(xué)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(shù)據(jù)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(tǒng)注入到宿主細胞內(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(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，進行結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)研究，zui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。
這是清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的又一重要成果，是自2009年4月以來清華大學(xué)作為通訊作者發(fā)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(dǎo)師 

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

實驗室的主要研究方向：
1.重要膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究 
2.*代謝調(diào)控通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)研究

來源：生物通