近日，中國科學院北京基因組研究所基因組科學與信息重點實驗室雷紅星研究組，在其開展的轉錄因子TALE(transcription activator-like effector)和DNA相互作用研究方面取得階段性進展，該研究對TALE蛋白的構象可塑性以及特異性識別DNA的機制進行了深入的計算分析，通過對去除DNA的TALE蛋白進行分子動力學模擬，對TALE蛋白結合DNA的機制提出了新的認識。
TALE蛋白是一個序列可編程的轉錄因子，由34個氨基酸的重復序列組成。每個重復序列形成兩個螺旋，這兩個螺旋通過一個短的環(huán)（Loop）連接。Loop內含有重復數(shù)可變的雙氨基酸（Repeat-variable di-residues，RVDs），可以特異性識別DNA堿基。盡管晶體結構描述了TALE蛋白在開放狀態(tài)和結合DNA狀態(tài)之間的轉變，但這兩種構象如何在較低的能量消耗下實現(xiàn)轉換以及RVDs識別DNA堿基的機制都不清楚。
為此，雷紅星研究員及其研究團隊圍繞著以上兩個方面對TALE-DNA相互作用進行了計算分析，以便更好地理解相互作用過程中能量的變化。在對結合DNA和自由的構象分別進行分子動力學模擬后，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蛋白就能結合DNA。
與此同時，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)以及其他方法去計算RVDs和DNA堿基多種組合的自由能。PBSA計算結果表明，正確的RVDs-堿基配對與錯誤的配對相比具有較低的自由能。
在這些分析的基礎上，該理論分析為理解TALE蛋白結合DNA的動態(tài)過程以及伴隨的能量變化提供了新的視野。
三個具有代表性的分子動力學模擬軌跡。其中紅色為模擬的結構，綠色為TALE蛋白結合DNA的參照結構。
