TALE蛋白可以特异识别并保护DNA-RNA杂合双链

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2012年9月27日，清华大学生命学院施一公教授研究组，医学院颜宁教授研究组和北京大学席建忠教授合作在细胞子刊《细胞通讯》（Cell Reports）在线发表论文，报道转录激活因子样效应蛋白（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，这一发现大大拓展了TALE在生命科学技术领域的应用。
TALE (Transcription Activator Like Effectors)是一类DNA结合蛋白。TALE蛋白的奇特之处在于它的DNA结合结构域是由可变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。每个重复序列中第13位的氨基酸特异识别DNA正向链中的ATCG碱基。根据TALE蛋白对DNA序列的特异识别，科学家们现在可以设计组装任意的TALE重复单元去识别任意序列的目标双螺旋DNA，并且构造出切割特异双链DNA序列的DNA酶TALEN (TALE nuclease)，从而用于在细胞中引入定点突变、定点敲除等操作。在此次研究之前，仅知道TALE蛋白能够识别双螺旋DNA，因此TALE蛋白主要应用在对基因组DNA的操作中。
而在施一公领导的最新研究中，他们检验了TALE蛋白对单链DNA，DNA-RNA杂合链，双链RNA等不同形式核酸链的结合活性，发现TALE蛋白不仅可以识别双链DNA，还能够结合DNA-RNA杂合链，其中DNA是与TALE特异接触的链。他们进一步解析了TALE蛋白结合DNA-RNA杂合链的复合物晶体结构，揭示了TALE蛋白识别DNA-RNA杂合链的分子机理。通过结构分析，他们推测TALE蛋白可以保护DNA-RNA杂合链不被核酸酶RNase H降解，并且利用生化手段验证了这一假设。在这些发现的基础上，他们针对HIV病毒逆转录过程中的一段DNA-RNA杂合序列设计了特异的含有23个重复单元的TALE蛋白TALEHIV，该蛋白有效地阻止了RNase H 对这段DNA-RNA杂合链中RNA链的降解。如果HIV在逆转录过程中，不能有效降解RNA，则不能完成其基因组的扩增。因此，这一发现为抑制HIV病毒提供了新思路。
今年1月5日，颜宁、施一公、朱健康研究组合作在Science报道了未结合DNA和结合DNA的TALE蛋白结构，清晰揭示了TALE蛋白特异识别DNA的分子机理 9月4日这三个研究小组又合作在Cell Research杂志上首次报道了TALE蛋白对甲基化DNA的识别密码。
此次研究是继上述2篇研究论文之后对TALE蛋白功能的又一重要发现，大大扩展了TALE蛋白的应用范围，比如特异抑制逆转录病毒扩增，抑制DNA复制等等。
该论文的共同第一作者是博士后殷平和来自PTN-BBS研究生项目的博士研究生邓东。上海同步辐射（SSRF）为数据收集提供了帮助，保证了该课题的顺利完成。

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