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• 指出利用一种特殊的效应蛋白，能找 到甲基化的DNA，从而提供了一种分析基 因编辑的强有力工具，相关成果公布在 Cell Research杂志在线版上
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TALE绑定重复，在任何情境下都能表现
出一种模块化的集合，为基因编辑提供了一种强
大的工具。所有遗传密码都是基于这四种最基本
的情形。目前尚无关于通过TALE识别改良DNA
Recognition of methylated DNA by TAL effectors
邓东，印平，颜宁，施一公
• 通过TALE感受器识别甲基化DNA
• 邓东，印平，颜宁，施一公 • 文章的通讯作者分别是清华大学生科
院院长施一公教授，以及颜宁教授， 第一作者为“清华、北大、NIBS三校 联合培养项目”的二年级研究生邓东， 以及印平。 • TALE (Transcription Activator Like Effectors)——即转录激活因子样效应蛋 白
• 这种蛋白的独特之处在于它的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。
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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，其这两个不保守的氨
33~35个高度保守的氨基酸。
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在RVD和DNA碱基之间的密码识别已经
通过实验和计算方法建立。例如，碱基A、G、C
和T可由RVD NI、NN、HD、NG各自独立识别。
TALE重复的模块化性质为基因编辑提供了一种强
大的工具
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我们最近确定了DNA结合TALE dHax3 的
高分辨率结构，为特定DNA识别奠定了基础。这
列上所有六个T碱基替换成了mC。随后的电泳分
析表明dHax3与这种DNA的结合于原来的DNA结
合一致。与此相反，dHax3和被基础C替换6个T碱
基的DNA序列借测不到结合。这项结果很惊人，
因为这项结果提出了一种定性的、可靠的区分基
础甲基化C和C的方法。我们接下来检测了青睐于
基础C的RVD遗传密码密码HD，或许它也能识别
• 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一种酶，DNA酶 TALEN (TALE nuclease)，这种酶可以切割特 异双链DNA序列成功用于在细胞基因组中引 入定点突变、定点敲除等操作。理解TALE 识别DNA的分子机制，会极大地促进其在生 命科学领域的应用。
•谢谢欣赏
酸α碳原子和5’甲基化组的最佳范德华力。这项
发现立刻显示了在RVD中的mC有被甘氨酸识别的
可能性，以为碱基T和mC的唯一区别在于位点4，
与TA序列上将三个mC替换掉了三个T碱基，
然后用电泳迁移率波动分析演示了DNA结合过程。
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正如我们所预测，dHax3蛋白质以
的报导。本研究报导两种单晶结构重复的TALE，
它们分别是在DNA甲基化1.85A到1.95A水平分辨
率上得到的。生化分析显示TALE遗传密码NG与
5’甲基化胞嘧啶有关，而不是遗传密码HD。
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我们的研究将会拓宽TALE在后天性饰变
和癌症探索的功能，同时揭示以往TALE功能被
忽视的用途。
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DNA甲基化是一种主要的外基因标记，在
• 虽然有这些复杂因素，通过TALE的甲基化C 绑定和RVD NG造就了一定数量令人兴奋的机会。
• TALE (Transcription Activator Like Effectors)——即转录激活因子样效应蛋白， 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。
很宽领域生物多样化过程中扮演关键角色。对于
哺乳动物，DNA甲基化通常发生在CG胞嘧啶的
碳5位置。CpG岛的甲基化可能引起基因沉默。
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TALE是一系列DNA结合蛋白。一个
TALE包含一定数量的重复序列，每段序列识别一
个DNA碱基。除了名为RND在12和13位点决定
DNA结合一致性的TALE外，每个TALE包含
发生在CG环境里的胞嘧啶，我们创建了一
个dHax3变体期望能识别DNA序列5′-
TCCCTT(mC)G(mC)GTCT-3′。甘氨酸残基
对甲基化C的配位同第一个结构一致。实际
上，DNA甲基化三倍和两倍结合的两种
dHax3单晶结构与原来为改变的DNA结构相
似。
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受到发现这种结构的鼓励，我们将DNA序
甲基化C。 这项结果显示TALE重复对甲基化C性
质的特异性识别，密码是NG，而不是HD。
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我们的实验描述对区分甲基化与非甲
基化提供了分子基础。例如，特定的TALE
重复序列可以被设计为识别高度甲基化的
DNA区域；在TALE上粘附荧光性蛋白有助
于检测。
• 我们的研究同样强烈证明在活的有机体内对 目标DNA序列的甲基化地位一定要考虑特定 DNA组合的设计。在活体内基础C的甲基化可能 弥补与DNA序列不结合的TALE。因为DNA序列 的甲基化地位经常处于有活力的控制，对于一种 DNA序列经常需要设计至少两种TALE序列。实 际上，在活体内特定DNA序列甲基化地位的评估 可以通过设计GFP-TALE的荧光标记来定量评估。 或者，CpG序列在TALE的应用中可能被避免， 尽管这种做法会部分限制蛋白质的用途。
种由34个残基组成的TALE包括由一个短EVD环
连接的两个α螺旋构成。该RVD环跟着主要的
DNA槽存在。只有第二个在13位点上的残基是严
格的和DNA相连接，同时第一条残基通过氢键维
持RVD环的一致性。
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显而易见，DNA碱基T在大部分情况下可
以被Gly识别。甘氨酸侧链的缺乏不仅为5’胸腺
嘧啶的甲基化提供充足的空间，而且还允许甘氨
5′-TCCCT(mC)TA(mC)CTC(mC)-3′结合到
3倍的DNA上。这种结合与未改变的5′-
TCCCTTTATCTCT-3′序列非常相似。鉴于
3个T-A碱基对已经被mC-G碱基对所替换，
这种结果是非常显著的。
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然后，我们提取了dHax3和三倍结
合与DNA序列的二元复合物的结晶，发现
它的结构在1.8A。由于DNA甲基化大部分
基酸被命名为RVD(repeat variable diresidue)。
他氨基酸高度保守。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。
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文章中指出，TALE的DNA结合重复
区域就是一种特殊靶向DNA的模块化组件，
这些DNA可以是任何序列，这为基因编辑
研究提供了一个强大的工具。