上海交大吳更團(tuán)隊(duì)合作闡明古菌DNA磷硫?；揎椡緩街械闹匾鞍譊ndE的結(jié)構(gòu)和功能
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的吳更教授團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)王連榮教授團(tuán)隊(duì)合作，闡明了古菌DNA磷硫?；揎椡緩街械闹匾鞍譊ndE的結(jié)構(gòu)和功能。該研究成果以“Structural and functional analysis of DndE involved in DNA phosphorothioation in the haloalkaliphilic archaea Natronorubrum bangense JCM10635”為題發(fā)表在《mBio》雜志上。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院吳更教授、武漢大學(xué)王連榮教授為通訊作者。這項(xiàng)研究第一次詳細(xì)闡明了一個(gè)古菌來源的、在DNA磷硫酰化修飾途徑中起重要作用的蛋白DndE的結(jié)構(gòu)和功能，加深了人們對(duì)于DNA磷硫?；揎椀恼J(rèn)識(shí)和理解。
在原核生物如細(xì)菌和古菌中，DNA的主鏈骨架上的一個(gè)非橋聯(lián)氧原子被替換為硫原子，這種特殊的表觀遺傳修飾稱為DNA磷硫?；揎棥Ｒ寻l(fā)現(xiàn)的對(duì)DNA進(jìn)行磷硫?；揎椀拿赶到y(tǒng)包括兩種：I型的DndA-DndB-DndC-DndD-DndE，對(duì)雙鏈DNA進(jìn)行硫修飾；和II型的SspA-SspB-SspC-SspD，對(duì)單鏈DNA進(jìn)行硫修飾。DndE屬于I型DNA磷硫酰化修飾系統(tǒng)。
本研究首先通過解析嗜鹽堿古菌Natronorubrum bangense JCM10635菌株的DndE蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與之前發(fā)表的大腸桿菌B7A菌株的DndE形成四聚體不同，古菌的DndE蛋白在晶體中和在溶液中都是以單體的形式存在。接著，本研究通過采用純化的DndE蛋白在體外對(duì)DNA的缺刻（nicking）實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，與II型DNA硫化修飾系統(tǒng)SspABCD中的SspB蛋白類似，DndE具有對(duì)DNA的缺刻活性，將共價(jià)閉環(huán)（covalently closed circular）雙鏈DNA的其中一條單鏈切斷，即將DNA缺刻，產(chǎn)生開環(huán)（open circular）DNA，并隨著時(shí)間的逐步推移，產(chǎn)生線狀（linear）DNA。而且，本研究還揭示，DndE的這種對(duì)DNA的缺刻活性依賴于二價(jià)金屬陽(yáng)離子，特別是鎂離子，而不依賴于DNA上存在或不存在磷硫?；揎?。Run-off測(cè)序結(jié)果顯示，DndE對(duì)DNA的缺刻活性也沒有DNA序列特異性。然后，通過采用在體外的熒光標(biāo)記的DNA與純化的DndE蛋白的熒光偏振檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明，DndE蛋白可以在體外與DNA直接結(jié)合，而且，DndE與缺刻DNA的親和力最強(qiáng)，與雙鏈DNA的親和力次之，與單鏈DNA的親和力最弱。最后，本研究發(fā)現(xiàn)將DndE蛋白表面帶正電荷的精氨酸19、賴氨酸K23和精氨酸R34突變?yōu)殡娭行缘谋彼岬脑?，?huì)降低DndE與缺刻DNA之間的親和力；而如果將DndE蛋白的甘氨酸26突變?yōu)閹д姾傻馁嚢彼岬脑?，?huì)增強(qiáng)DndE與缺刻DNA之間的親和力。這說明DndE蛋白通過其表面帶正電荷的氨基酸殘基如精氨酸19、賴氨酸K23和精氨酸R34等來結(jié)合缺刻DNA。
本文是吳更團(tuán)隊(duì)自2018年Nature Communications上發(fā)表的細(xì)菌采用SBD結(jié)構(gòu)域識(shí)別DNA上的硫化修飾的結(jié)構(gòu)機(jī)理、2020年Nature Microbiology上發(fā)表的II型DNA硫化修飾系統(tǒng)的SspB和SspE晶體結(jié)構(gòu)、2020年mBio上發(fā)表的II型DNA硫化修飾系統(tǒng)的半胱氨酸脫硫酶SspA晶體結(jié)構(gòu)的延續(xù)和擴(kuò)展。
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論文鏈接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35420474/
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