文章核心观点 - 华盛顿大学David Baker教授团队成功开发出一种计算设计方法 用于生成序列特异性DNA结合蛋白 该蛋白可在大肠杆菌和哺乳动物细胞中抑制或激活邻近基因转录 为基因编辑和调控提供了小型化、易于递送的新工具 [4][8][13] 研究背景与挑战 - 序列特异性DNA结合蛋白在生物学和生物技术领域具有关键作用 但计算设计能够识别任意靶位点的新型DBP仍是一个重大未解挑战 [2][3] - 天然蛋白质的DNA结合亲和力与特异性难以预测 且DNA表面去溶剂化的高自由能成本为从头设计带来挑战 [7] - 现有的DBP计算方法局限于重新设计现有天然复合物界面 受限于起始支架的刚性几何结构 限制了可识别靶序列的范围 [7] 现有技术局限性 - 当前主流基因编辑工具如锌指蛋白、TALE和CRISPR-Cas系统存在局限性 锌指蛋白工程设计耗时费力 TALE和CRISPR-Cas系统尺寸过大使治疗递送复杂化 [8] - CRISPR-Cas系统需要额外gRNA组件 且靶位点受PAM序列要求限制 其受限制的主链拓扑结构可能制约相互作用特异性的精确控制 [8] 新技术方法与成果 - 研究团队开发的计算方法可设计小型DNA结合蛋白 通过与DNA双螺旋大沟中的碱基相互作用来识别短的特定靶序列 [8] - 成功生成了靶向5个不同DNA靶点的结合蛋白 其亲和力达到中纳摩尔到高纳摩尔级 [8] - 单个结合模块在多达6个碱基对的位置上表现出与计算模型高度匹配的特异性 通过RFdiffusion将结合蛋白沿DNA刚性定位可实现更高阶特异性 [10] - 设计的DBP-靶点复合物的晶体结构与设计模型高度一致 [10] 应用验证与前景 - 设计的DBP在活细胞中发挥作用 成功在大肠杆菌以及哺乳动物细胞中抑制或激活了邻近基因的转录 [4][10][12] - 该研究方法为开发用于基因编辑和调控的小型化、易于递送的序列特异性DNA结合蛋白提供了新途径 [4][13]