TALEN 技术信息

TALEN 或 TAL 效应子是一项广泛应用的技术，适合在活细胞中进行精确高效的基因编辑。这项基因组编辑技术以可在多种宿主系统中起效而著称，包括细菌、酵母菌、植物、昆虫、斑马鱼和哺乳动物。我们汇集了一系列资源，希望这些资源能让您更有信心开始并持续使用 TALEN 改进研究。

什么是 TALEN？

转录激活因子样 (TAL) 效应子蛋白由黄单胞菌属细菌（广泛分布的植物病原体）产生。天然 TAL 能与宿主 DNA 的特定序列结合，改变感染植物的基因表达，从而推进疾病进程。天然 TAL 效应蛋白具有两个不同的结构域：效应域和特异性极高的 DNA 结合域。

研究人员可通过改变 DNA 结合域的结构，产生可与基因组中任一 DNA 序列特异性结合的蛋白质结构域。然后，可以将这些特异性修饰的 DNA 结合蛋白结构域与所需要的效应域（例如核酸酶、转录激活因子或抑制因子）连接，以产生能够进行精确靶向 DNA 操作的嵌合蛋白。

无论是通过基因组工程的靶向核酸酶还是基因表达的精确定向调节器，研究人员设计的 TALEN 效应蛋白已经帮助推进了众多生命科学应用，包括细胞生物学、分子生物学与合成生物学、药物发现及生物燃料研究。

TALEN 是如何工作的？

TAL的DNA 结合域源自黄单胞菌 TAL 效应子，由可变数量的氨基酸重复片段组成。每个重复片段含有 33-35 个氨基酸并能够识别单个 DNA 碱基对。DNA 识别通过每个重复片段内称为重复可变的双氨基酸残基 (RVD) 的第 12 和 13 位两个高变氨基酸残基实现，如图 1 所示。

TAL 效应子重复片段可以进行模块化组装，通过改变 RVD 产生能够识别特定靶点 DNA 序列的 TAL 蛋白。重复片段连接简单直接，因而可以通过设计长 TAL 效应子特异性靶向基因组中的任何位点。

图 1.TAL 效应子 DNA 结合域。研究人员可通过改变 DNA 结合域的结构，产生可与基因组中任一 DNA 序列特异性结合的蛋白质结构域。

通过使用与 Fok1 核酸酶融合的一对 GeneArt TAL 蛋白，可在指定的基因组位点产生双链 DNA 断裂（图 2）。使用一对 TAL 蛋白进行靶向，可降低脱靶效应。

图 2.为定制 TAL 效应子设计靶位点，以实现最大限度结合。(A) TAL 能够编码客户提交序列所对应的 DNA 结合蛋白，并融合到 FokI 核酸酶结构域以进行基因组编辑。我们的第一代 TAL 效应子所能靶向的序列必须在 5’端有一个 T，且正向和反向 TAL 效应子间隔必须为 13-18 bp，以便 FokI 核酸酶正确配对并产生双链断裂。(B) 我们对 TAL 进行了进一步的工程改造,消除了 DNA 结合域的 5'T 限制，从而可靶向基因组中的任何序列；两个 TAL 效应子之间的最佳间隔为 15–16 bp。

由 Fok1 核酸酶结构域诱导的断裂随后会通过两种内源性细胞机制之一进行修复：非同源末端连接 (NHEJ) 或同源定向修复 (HDR)。