类转录活化因子核酸酶

类转录活化因子核酸酶（TALEN）是可以被设计用来切割DNA特定序列的限制性酶。它们是通过将TAL效应器的DNA结合域与DNA裂解域（一种切割DNA链的核酸酶）相融合而制成。

转录激活剂样效应物（TALEs）可以被设计成几乎与任何所需的DNA序列结合，因此当与核酸酶结合时，可以在特定位置切割DNA。

这些限制性酶可以被引入细胞，用于基因编辑或原位基因组编辑，这种技术被称为用工程核酸酶进行基因组编辑。与锌指核酸酶和CRISPR/Cas9一起，TALEN是基因组编辑领域的一个突出工具。

TAL效应物是黄单胞菌感染植物时通过其III型分泌系统分泌的蛋白质。DNA结合结构域包含一个重复的高度保守的33-34个氨基酸序列，其中第12和第13个氨基酸有分歧。

这两个位置被称为重复可变区（RVD），是高度可变的，并显示出与特定核苷酸识别的强烈关联。氨基酸序列和DNA识别之间的这种直接关系允许通过选择含有适当RVDs的重复片段的组合来设计特定的DNA结合域。值得注意的是，RVD的轻微变化和非传统RVD序列的加入可以提高靶向特异性。

来自FokI内切酶末端的非特异性DNA裂解结构域可用于构建在酵母实验中具有活性的混合核酸酶。这些试剂在植物细胞和动物细胞中也有活性。

最初的TALEN研究使用野生型FokI裂解结构域，但随后的一些TALEN研究也使用了FokI裂解结构域变体，其突变旨在提高裂解特异性和裂解活性。

FokI结构域的功能是二聚体，需要两个具有独特DNA结合结构域的构建体在目标基因组中具有适当的方向和间距的位置。

TALE DNA结合域和FokI裂解域之间的氨基酸残基数量以及两个单独的TALEN结合位点之间的碱基数量似乎都是实现高水平活性的重要参数。

TALE结合域的氨基酸序列和DNA识别之间的简单关系使蛋白质的高效工程化成为可能。在这种情况下，人工基因合成是有问题的，因为在TALE结合域中发现的重复序列的退火不正确。

解决这个问题的一个办法是使用一个公开的软件程序（DNAWorks）来计算适合在两步PCR寡核苷酸组装后进行全基因扩增的寡核苷酸。

一些用于生成工程化TALE构建体的模块化组装方案也已被报道。这两种方法都提供了一种系统的方法来设计DNA结合结构域，在概念上与生成锌指DNA识别结构域的模块化组装方法相似。

一旦TALEN构建体被组装好，它们被插入质粒；然后用质粒转染目标细胞，基因产物被表达并进入细胞核以进入基因组中。另外，TALEN构建体可以作为mRNA传递给细胞，这就消除了TALEN表达蛋白的基因组整合的可能性。使用mRNA载体也可以极大地提高同源定向修复（HDR）的水平和基因编辑过程中导入的成功率。

TALEN可以通过诱导双链断裂（DSB）来编辑基因组，细胞通过修复机制来应对。

非同源末端连接（NHEJ）直接从双链断裂的两侧连接DNA，而在双链断裂处只有很少或没有序列重叠的退火。

这种修复机制通过缩进（插入或缺失）或染色体重排在基因组中诱发错误；任何这样的错误都可能使该位置编码的基因产品失去功能。

由于这种活性可能因物种、细胞类型、目标基因和使用的核酸酶而不同，因此在设计新系统时应进行监测。可以进行一个简单的异源双链裂解检测，检测通过PCR扩增的两个等位基因之间的任何差异。

裂解产物可以在简单的琼脂糖凝胶或板状凝胶系统上显示出来。

另外，在有外源性双链DNA片段的情况下，可以通过NHEJ将DNA引入基因组。

同源定向修复也可以在DSB处引入外来的DNA，因为转染的双链序列被用作修复酶的模板。

TALEN已被用于有效地修改植物基因。