近日，中國科學(xué)院北京基因組研究所基因組科學(xué)與信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室雷紅星研究組，在其開展的轉(zhuǎn)錄因子TALE(transcription activator-like effector)和DNA相互作用研究方面取得階段性進(jìn)展，該研究對TALE蛋白的構(gòu)象可塑性以及特異性識別DNA的機(jī)制進(jìn)行了深入的計(jì)算分析，通過對去除DNA的TALE蛋白進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，對TALE蛋白結(jié)合DNA的機(jī)制提出了新的認(rèn)識。
TALE蛋白是一個(gè)序列可編程的轉(zhuǎn)錄因子，由34個(gè)氨基酸的重復(fù)序列組成。每個(gè)重復(fù)序列形成兩個(gè)螺旋，這兩個(gè)螺旋通過一個(gè)短的環(huán)（Loop）連接。Loop內(nèi)含有重復(fù)數(shù)可變的雙氨基酸（Repeat-variable di-residues，RVDs），可以特異性識別DNA堿基。盡管晶體結(jié)構(gòu)描述了TALE蛋白在開放狀態(tài)和結(jié)合DNA狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，但這兩種構(gòu)象如何在較低的能量消耗下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換以及RVDs識別DNA堿基的機(jī)制都不清楚。
為此，雷紅星研究員及其研究團(tuán)隊(duì)圍繞著以上兩個(gè)方面對TALE-DNA相互作用進(jìn)行了計(jì)算分析，以便更好地理解相互作用過程中能量的變化。在對結(jié)合DNA和自由的構(gòu)象分別進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬后，研究人員均發(fā)現(xiàn)TALE蛋白具有很高的彈性，而且兩者之間有很低的自由能勢壘，只需要很少的能量TALE蛋白就能結(jié)合DNA。
與此同時(shí)，為了分析TALE蛋白識別DNA的特異性，研究人員利用PBSA(Poisson–Boltzmann surface area)以及其他方法去計(jì)算RVDs和DNA堿基多種組合的自由能。PBSA計(jì)算結(jié)果表明，正確的RVDs-堿基配對與錯(cuò)誤的配對相比具有較低的自由能。
在這些分析的基礎(chǔ)上，該理論分析為理解TALE蛋白結(jié)合DNA的動(dòng)態(tài)過程以及伴隨的能量變化提供了新的視野。
三個(gè)具有代表性的分子動(dòng)力學(xué)模擬軌跡。其中紅色為模擬的結(jié)構(gòu)，綠色為TALE蛋白結(jié)合DNA的參照結(jié)構(gòu)。
