簡化基因組的操作過程可以說是許多遺傳學家的夢想。在內(nèi)源序列中特異性地導入突變、標簽或完整的新編碼序列，從而構建出廣泛適用的精密疾病模型將大大推動科學家對人類各種疾病機制的研究，開發(fā)出有潛力的治療策略。
盡管鋅指核酸酶（Zinc-finger nucleases, ZFN）技術的出現(xiàn)促使基因組靶向修飾技術向前邁進了一大步，然而目前對于許多研究者而言設計出特異性靶向基因組目的序列的鋅指核酸酶仍然是一個相當大的技術挑戰(zhàn)。近期有研究發(fā)現(xiàn)植物病原體中的一種轉(zhuǎn)錄激活子樣效應因子（transcription activator–like effector ，TALE））表現(xiàn)出DNA結合特異性，為科學家們開發(fā)出更簡易的新型基因組靶向修飾技術帶來了新希望。
與ZFN相似的是，TALEs也是由12個或以上特異性識別DNA的串聯(lián)“蛋白模塊”和兩側的N-末端及C-末端序列組成。每個“蛋白模塊”包含34個氨基酸，第12和13位殘基是靶向識別的關鍵位點，被稱作重復可變的di-residues （RVDs）位點。然而不同于每個鋅指蛋白識別特異性的三聯(lián)體堿基， TALEs上的每個RVDs僅能識別一個堿基。
盡管已在植物和酵母中證實了TALEs的DNA特異性識別特性，然而研究人員一直都未曾在哺乳動物細胞中利用TALEs靶向特異的內(nèi)源基因。近日來自Sangamo BioSciences公司和哈佛大學的兩個研究小組分別利用TALEs技術進行了基因組靶向修飾相關研究，兩篇研究論文發(fā)表在同一期的《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上。
原文檢索
Miller, J.C. et al. A TALE nuclease architecture for efficient genome editing. Nat. Biotechnol. 29, 143–148 （2011）.
ChemPort PubMed Article Zhang, F. et al. Efficient construction of sequence-specific TAL effectors for modulating mammalian transcription. Nat. Biotechnol. 29, 149–153 （2011）.
“TALEs吸引我們的重要原因之一就是它們的識別密碼具有模塊化和簡單化的特點，”Sangamo公司的科學家Philip Gregory說。
在*篇論文中，Edward Rebar領導的研究小組將帶有不同C-末端TALE的截短片段連接到核酸酶FokI的催化結構域上。當研究人員將構建的TALE核酸酶靶向內(nèi)源性的人類NTF3 和 CCR5 基因時，證實TALE核酸酶能夠特異性地對這些基因片段進行剪切。
哈佛大學的張峰（音譯，F(xiàn)eng Zhang）則表示他們研究組起初只是想要檢測TALEs激活內(nèi)源基因的潛能，然而當他們試圖通過商業(yè)機構來合成靶向目的序列的TALE時卻遇到了困難。張峰回憶說他的公司向他表示不確定能夠合成出如此多重復序列的TALEs。“在那一刻，我們確定這條道路是行不通的。我們需要找到一種更快速合成TALEs.的方法，”張峰說。隨后研究小組開發(fā)了一種基于分層連接的策略來構建包含12個重復模塊的TALEs。他們在保留RVDs的基礎上減少了每個模塊的DNA序列，同時將剩余序列的重復性降到zui低。進而通過12重PCR研究人員獲得了帶有特異性連接序列的單體，并將其克隆至包含TALE
N-末端 和 C-末端序列的骨架載體中。為了構建TALE轉(zhuǎn)錄因子，研究人員又將TALE融合到一個轉(zhuǎn)錄因子的激活域。在接下來的靶向性檢測中，研究人員證實其能特異地使四個檢測內(nèi)源基因中的兩個基因表達上調(diào)。
張峰表示他相信TALEs將具有廣闊的應用前景，他們將致力于利用TALEs技術開發(fā)出能在動物體內(nèi)檢測疾病模型的新型工具。
而Sangamo公司的Gregory則對此表示了謹慎的樂觀，Gregory指出對于TALEs還有許多尚待研究之處，例如它們的脫靶活性以及基本生物特性包括結構和親和力等。“現(xiàn)在還不清楚如何優(yōu)化TALE。并且關于TALE是否優(yōu)于ZFNs這一問題，我只能這么說我們已經(jīng)投入了15-20年的時間來設計ZFNs，而投入在TALEs上的時間卻僅有18個月。現(xiàn)在一切都還言之過早，”Gregory說。
