对TALE蛋白进行重新设计，以实现基于DNA模板的蛋白质纤维组装

摘要

许多病毒蛋白能够自我组装成衣壳结构，通常会利用自身的遗传物质作为组装的模板。迄今为止，完全从头设计的类似衣壳的蛋白质在组装过程中并不需要遗传物质作为模板，这根据具体应用场景的不同，既可能是一种优势，也可能是一种劣势。例如，在组装具有明确长度的线性结构时，遗传物质是不可或缺的。作为朝着完全从头设计的模板驱动组装迈出的第一步，我们重新设计了来自转录激活因子样效应器（TALE）家族的转录调控蛋白，使其能够在双链DNA（dsDNA）模板上聚合。基于天然TALE蛋白序列，我们设计了具有序列独立性DNA结合特性的理想化重复蛋白，这些蛋白能够自我组装形成长度受模板控制的线性蛋白-DNA复合物。我们利用高分辨率原子力显微镜（AFM）和冷冻电子显微镜（cryo-EM）来表征这些DNA-蛋白杂化复合物的三维结构。在这些结构中，蛋白质丝状体以类似天然TALE蛋白的方式螺旋缠绕在双链DNA上。作为这些材料的一个应用实例，我们展示了该系统可用于在精确控制的重复间距上展示重复肽抗原，并且这种免疫原能够在小鼠体内诱导出强效的抗原特异性抗体。