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北京基因组所转录因子TALE和DNA相互作用研究获进展

日期:2014-04-10 00:00:00

近日,中国科学院北京基因组研究所基因组科学与信息重点实验室雷红星研究组,在其开展的转录因子TALE(transcription activator-like effector)和DNA相互作用研究方面取得阶段性进展,该研究对TALE蛋白的构象可塑性以及特异性识别DNA的机制进行了深入的计算分析,通过对去除DNA的TALE蛋白进行分子动力学模拟,对TALE蛋白结合DNA的机制提出了新的认识。

TALE蛋白是一个序列可编程的转录因子,由34个氨基酸的重复序列组成。每个重复序列形成两个螺旋,这两个螺旋通过一个短的环(Loop)连接。Loop内含有重复数可变的双氨基酸(Repeat-variable di-residues,RVDs),可以特异性识别DNA碱基。尽管晶体结构描述了TALE蛋白在开放状态和结合DNA状态之间的转变,但这两种构象如何在较低的能量消耗下实现转换以及RVDs识别DNA碱基的机制都不清楚。

为此,雷红星研究员及其研究团队围绕着以上两个方面对TALE-DNA相互作用进行了计算分析,以便更好地理解相互作用过程中能量的变化。在对结合DNA和自由的构象分别进行分子动力学模拟后,研究人员均发现TALE蛋白具有很高的弹性,而且两者之间有很低的自由能势垒,只需要很少的能量TALE蛋白就能结合DNA。

与此同时,为了分析TALE蛋白识别DNA的特异性,研究人员利用PBSA(Poisson–Boltzmann surface area)以及其他方法去计算RVDs和DNA碱基多种组合的自由能。PBSA计算结果表明,正确的RVDs-碱基配对与错误的配对相比具有较低的自由能。

在这些分析的基础上,该理论分析为理解TALE蛋白结合DNA的动态过程以及伴随的能量变化提供了新的视野。