可以設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)蛋白(TALE)蛋白質(zhì)以結(jié)合幾乎任何選擇的DNA。研究人員現(xiàn)在報(bào)道，TALE可以以高度極化的方式從DNA中取代另一種TALE蛋白 - 它可以取代TALE蛋白與其右側(cè)相鄰的DNA結(jié)合，但不能與左側(cè)相鄰。TALEs的這種不尋常的特性已被用于提高基因表達(dá)調(diào)控的精確度，設(shè)計(jì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的邏輯電路，以及防止在非所需DNA位點(diǎn)的CRISPR切割。

細(xì)胞的性質(zhì)由硬連線到基因組中的DNA程序定義?；蚧钚杂膳cDNA緊密結(jié)合的蛋白質(zhì)定義。合成生物學(xué)可以通過設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)操縱基因激活，所述蛋白質(zhì)可以被靶向以結(jié)合選擇的DNA靶標(biāo)。大約十年前，科學(xué)家破譯了一組稱為TALEs(轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)子的縮寫)的蛋白質(zhì)的DNA序列識(shí)別，這些蛋白質(zhì)首先在感染植物的細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)。對(duì)該代碼的理解使研究人員能夠設(shè)計(jì)出與幾乎任何選定的DNA序列結(jié)合的TALE蛋白。添加導(dǎo)致基因變得活躍或無活性的小蛋白質(zhì)附加物可以添加到任何TALE 蛋白質(zhì)中，它可以激活或滅活任何基因，使它們對(duì)醫(yī)學(xué)治療和生物技術(shù)非常有用。

TALES在某種程度上被CRISPR技術(shù)所掩蓋，它可以做與TALE相同的事情，但更容易使用。Lebar等人?，F(xiàn)在表明TALE可以執(zhí)行一些額外的技巧，可能會(huì)讓他們重新成為焦點(diǎn)。斯洛文尼亞的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)TALEs彼此緊密結(jié)合時(shí)，左邊的那個(gè)TALE能夠移除與其右邊的DNA結(jié)合的TALE，但反之則不然。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Roman Jerala是斯洛文尼亞盧布爾雅那國立化學(xué)研究所合成生物學(xué)和免疫學(xué)系主任，他解釋說：“想象一排小椅子，一個(gè)人坐在一把椅子上。如果你坐在椅子上這個(gè)人，你可能有點(diǎn)太大了，無法放在一把椅子上，所以你輕推鄰居，他不能再坐著，不得不站起來。通常情況下，這個(gè)人可能會(huì)輕推你，你必須站起來，但是在TALEs的情況下，這只能在一個(gè)方向上起作用。左邊的TALE蛋白質(zhì)可以從DNA中移除它們的右邊。這是我們發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)分子位移的一個(gè)例子。我們發(fā)現(xiàn)它可以用于其他目的。“

除了提出對(duì)這種極化位移機(jī)制的解釋之外，研究人員還證明了TALE的這一特征對(duì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)非常有用。該報(bào)告的第一作者，Jerala集團(tuán)的博士后研究員Tina Lebar說：“我們發(fā)現(xiàn)我們可以進(jìn)一步擴(kuò)展TALE位移;左邊的附加TALE可以有效地取代其右鄰居，然后允許下一個(gè)正確的TALE綁定回目標(biāo)。這就像多米諾骨牌效應(yīng)，但只有每一秒多米諾骨牌倒下。我們已經(jīng)證明，這可以與多達(dá)五個(gè)相鄰的TALE一起使用，這非常令人興奮和出乎意料。更重要的是，我們意識(shí)到我們可以使用一系列相鄰的TALE來編碼邏輯函數(shù)，例如OR，AND，NAND，這些可用于調(diào)節(jié)人體細(xì)胞對(duì)外部信號(hào)的響應(yīng)，并使細(xì)胞中的信息處理更多有效。”

實(shí)際上，他們能夠基于TALE位移在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中展示輸入布爾邏輯門。雖然之前已在單元格中構(gòu)建邏輯函數(shù)，但此報(bào)告可提高其效率。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這種基因活性調(diào)節(jié)是高度精確的。與之前的幾種方法相反，它可以使相鄰基因保持活性而使選定的基因失活。

極化位移似乎是TALE獨(dú)有的，也可用于防止在DNA上形成CRISPR復(fù)合物。CRISPR是一種強(qiáng)大的工具，主要由科學(xué)家用于切割細(xì)胞中選定的DNA靶位點(diǎn); 但據(jù)報(bào)道，它也可以切割不需要的目標(biāo)。因此，TALE置換機(jī)制可用于保護(hù)我們不希望被切割的基因組中的位點(diǎn)。

通過其他分子的結(jié)合來分解分子復(fù)合物是自然界中最重要的原則之一，并且該報(bào)告可能是第一種情況，其中置換是故意設(shè)計(jì)并用于全新的目標(biāo)。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解自然界中促進(jìn)位移的機(jī)制以及提高細(xì)胞治療或生物技術(shù)生產(chǎn)的精確性，安全性和效率都很重要。該研究由斯洛文尼亞研究機(jī)構(gòu)資助。