Teln端粒酶：DNA酶促合成中的新驅動器

說到端粒和原核端粒酶 在生物學中，人們首先想到的往往是衰老，這是一種不可避免的自然現象。端粒 是 真核生物染色體末端的重複 DNA 序列，含 維持染色體完整性和調節細胞分裂週期的責任。

原核端粒酶 是一種逆轉錄酶DNA合成酶，可延長端粒。它是由RNA和蛋白質組成的核蛋白。 此蛋白質成分可以催化端粒重複序列的合成 與 RNA 成分。

圖 1. 原核端粒酶介導的端粒延伸機制[1]

原核端粒酶 可以修復延長端粒，彌補DNA複製的缺陷，防止細胞分裂時端粒流失，增加細胞分裂的次數。 2009 年，諾貝爾生理學或醫學獎授予了 Elizabeth H Blackburn、Carol W Greider 和 Jack W Szostak，以表彰他們在揭示端粒和原核端粒酶的關鍵作用方面做出的傑出貢獻 細胞功能和衰老。

今天，我要向大家介紹一個獨特的Protelomerase：TelN proProtelomerase。 TelN原核端粒酶 來自噬菌體N15，是N15複製系統的組成部分，參與 在線原噬菌體 DNA 的生成。與原核端粒酶不同 在真核生物中，TelN是一種純蛋白質酶，不含任何RNA成分。它具有裂解連接 活性，切割雙股 DNA（dsDNA）後在切割位點留下共價封閉的末端。

圖 2. TelN 原核端粒酶 切割位點

TelN原核端粒酶 作用機制

TelN 原核端粒酶辨識位點 是一個長56bp的回文序列，兩側都有telR和telL。目標序列的中心位置也是一個回文序列telO。 TelN原核端粒酶 在 telO 序列內切割並在兩個切割末端形成共價閉合的髮夾結構。消化後的DNA末端仍由telR和telL組成，稱為 狗骨頭 DNA（dbDNA）。

圖 3. 原核端粒酶 TelN 位點的切割機制[2]

由於TelN Protelomerase特殊的酶切-連接活性，可以透過一步酶促反應將環狀質粒DNA轉化為線性共價閉合的啞鈴形分子。與線性開放DNA分子相比，線性閉合DNA在細胞內具有更高的蛋白質表現水平，非常適合建構穩定性高、外來序列極少的線性閉端微型DNA。質粒DNA作為mRNA疫苗、DNA疫苗和細胞基因治療的核心元素，發揮著至關重要的作用。傳統的質粒生產方法涉及發酵 大腸桿菌 及多級擴增，以及發酵過程中風險的不可控，限制了優質質粒的產量，成為限制疫苗產能的關鍵。英國Touchlight公司推出了創新的dbDNA技術。該技術打破了傳統的利用細菌發酵製備質粒DNA的方法，而是採用體外酵素法合成DNA。上述方法也利用TelN Protelomerase的特殊酶切-連接活性來產生線性閉合末端微DNA。

TelN原核端粒酶在DNA酶促合成的應用

基於phi29 DNA聚合酶和TelN Protelomerase的DNA體外酵素法可以避免生物發酵過程中許多不可控的風險，且體外酵素法合成DNA速度快、產量高。合成的DNA可用於許多新興技術，例如mRNA疫苗、DNA疫苗、基因治療載體和基因編輯。

圖4. DNA酶合成流程圖[3]

酶促 DNA 合成過程

  1. 模板變性

環狀質粒DNA模板經由變性過程轉變為兩個單股環狀DNA。

  1. 滾環擴增

利用Phi29 DNA聚合酶和單股環狀DNA進行滾環擴增，產生具有Protelomerase辨識序列間隔的長線性雙股串聯DNA。

  1. 切割和共價閉合

TelN 原端粒酶可識別端粒複合體 DNA 上的 telRL，並進行切割-連接活性以產生線性、共價連接的 DNA 單體。

  1. 去除細菌骨架 DNA

限制性內切酶或外切酶將末端具有開放結構的細菌骨架DNA降解，獲得僅含有目的基因表現元件的DNA。具有巨大的工業化潛力。推動DNA酶合成技術的發展， Yeasen 生物可提供DNA酵素合成的核心酵素材料，如phi29 DNA聚合酶（14404ES）、TelN Protelomerase（14540ES），協助DNA酵素促進合成技術的研究與生產。

磷演出展示 的 Yeasen的 TelN原核端粒酶

  1. 裂解結紮性能優異，與進口品牌相當。

以含有TelN原核端粒酶辨識位點的超螺旋質粒為模板，梯度添加（0.078-5 U）酶 Yeasen 並添加了品牌A。 0.5 μg 超螺旋質粒轉化為閉合線性雙股 DNA (dsDNA)。凝膠電泳檢測轉化效率，結果表明， Yeasen的 TelN 原端粒酶與品牌 A 相當。

圖5. TelN的原核端粒酶切割活性檢測M：Marker，C：超螺旋質粒對照

  1. 線性dsDNA閉合完整性>90%

以含有TelN Protelomerase辨識位點的超螺旋質粒為模板，加入TelN Protelomerase的 Yeasen 及品牌A，將0.5μg超螺旋質粒轉化為閉合線性dsDNA，加入T5外切酶，透過條帶降解程度檢測其末端完整性。結果表明，TleN Protelomerase 產生的 dsDNA 末端封閉完整性 Yeasen ＞90%，與品牌A相當。

圖 6.TelN Protelomerase 末端閉合完整性測試。 C1：含有TelN辨識位點，不含TelN原核端粒酶的質粒； C2：含有TelN辨識位點、TelN原核端粒酶、不含T5核酸外切酶的質粒；質粒：含有TelN辨識位點的質粒。

相關產品 的 DNA 酶合成

產品分類

產品名稱

目錄編號

原核端粒酶

TelN原核端粒酶 （5 單位/微升）

14540ES

Phi29 DNA聚合酶

phi29 DNA 聚合酶（10 U/μL）

14404ES

外切酶

外切酶III

14525ES

T5 核酸外切酶 (10 U/µL)

14538ES

脫氧核糖核酸

dNTP 混合物（各 25 mM）

10125ES

R參考文獻

[1] Giardini MA、Segatto M、da Silva MS、Nunes VS、Cano MI。端粒和原核端粒酶 生物學。分子生物翻譯科學進展。 2014；125：1-40。

[2] Heinrich J、Schultz J、Bosse M、Ziegelin G、Lanka E、Moelling K. 原核生物裂解連接酶TelN產生的線性閉合微型DNA在哺乳動物細胞中具有功能性。 J Mol Med（柏林）。 2002;80(10):648-654。

[3] Heinrich J、Schultz J、Bosse M、Ziegelin G、Lanka E、Moelling K. 原核生物裂解連接酶TelN產生的線性閉合微型DNA在哺乳動物細胞中具有功能性。 J Mol Med（柏林）。 2002;80(10):648-654。 doi:10.1007/s00109-002-0362-2。

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