RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控在生命個(gè)體抵御外源入侵的過程中起到重要作用。Argonaute（Ago）蛋白是存在于古菌、細(xì)菌和真核生物中的一種蛋白。它為非編碼小RNA提供錨位點(diǎn)，達(dá)到降解靶基因或者抑制翻譯的目的。對(duì)比真核生物的Ago，原核生物的Ago展現(xiàn)出多樣性，分為三個(gè)家族——長A型、長B型和短Ago亞型。原核長A和長B型Ago包括四個(gè)結(jié)構(gòu)域，即N端結(jié)構(gòu)域、PAZ結(jié)構(gòu)域、MID結(jié)構(gòu)域和PIWI結(jié)構(gòu)域。這四個(gè)結(jié)構(gòu)域在Ago蛋白系統(tǒng)發(fā)揮功能的過程中發(fā)揮重要的功能，缺一不可。原核短Ago不具備N端和PAZ結(jié)構(gòu)域（圖1a），因此原核短Ago在發(fā)揮功能時(shí)必須招募一些其他蛋白如SIR2和TIR蛋白，補(bǔ)償N端和PAZ結(jié)構(gòu)域的功能。

與真核生物相比，原核生物的Ago不僅可以介導(dǎo)由DNA引導(dǎo)的靶向DNA干擾，而且可以介導(dǎo)由RNA引導(dǎo)的靶向RNA或者DNA干擾。因此，原核生物的Ago展示出更多的功能，如靶向干擾噬菌體入侵和外源質(zhì)粒DNA擴(kuò)增、阻礙外源基因組的復(fù)制和增強(qiáng)基因的同源重組等。NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）是細(xì)胞生命活動(dòng)周期中的重要代謝產(chǎn)物，NAD+的耗盡會(huì)直接導(dǎo)致真核或者原核生命個(gè)體的死亡。原核短Ago作為原核細(xì)菌的免疫系統(tǒng)關(guān)鍵蛋白，在識(shí)別入侵核酸后會(huì)激活NAD+酶的活性，耗盡個(gè)體的NAD+，誘導(dǎo)細(xì)胞的死亡，從而阻礙外源入侵基因組的復(fù)制和擴(kuò)增，而這背后的結(jié)構(gòu)機(jī)理仍然未知。

10月2日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心丁瑋團(tuán)隊(duì)和朱洪濤團(tuán)隊(duì)，與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院病原生物研究所崔勝團(tuán)隊(duì)合作，在《自然》（Nature）上，發(fā)表了題為Nucleic Acid-triggered NADase activation of a short prokaryotic Argonaute的研究論文。該研究通過高分辨冷凍電鏡技術(shù)與自主研發(fā)的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)解析策略，在數(shù)百萬計(jì)的冷凍電鏡蛋白質(zhì)顆粒中，高效地篩選并重構(gòu)了與五個(gè)與原核短Ago系統(tǒng)相關(guān)的高分辨率三維結(jié)構(gòu)——自抑制的功能單元單體、載有引導(dǎo)RNA/靶向DNA的功能單元單體、兩個(gè)不同構(gòu)象的功能單元的二聚體和功能單元的四聚體（圖1b-c）。

研究以此結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)結(jié)合體外功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在存在外源DNA的情況下，原核短Ago系統(tǒng)功能單元單體會(huì)從入侵基因的轉(zhuǎn)錄組中獲得引導(dǎo)RNA片段。該引導(dǎo)RNA片段會(huì)與原核短Ago系統(tǒng)結(jié)合，并進(jìn)一步通過堿基配對(duì)識(shí)別與引導(dǎo)RNA序列互補(bǔ)的目標(biāo)DNA（圖1b-c）。在此過程中，引導(dǎo)RNA可能從它在MID結(jié)構(gòu)域中的結(jié)合位點(diǎn)上解離，以便引導(dǎo)RNA與靶向DNA的雜交雙鏈的形成。雜交雙鏈的形成會(huì)導(dǎo)致原核短Ago系統(tǒng)的構(gòu)象發(fā)生變化，并通過MID結(jié)構(gòu)域形成二聚體（圖1c）。而在形成二聚體的過程中，一個(gè)功能單元的TIR結(jié)構(gòu)域會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，且與另一個(gè)功能單元的TIR相互作用，使得兩個(gè)TIR結(jié)構(gòu)域以頭尾相接的形式組織在一起，并在作用界面上形成一個(gè)完整的NADase活性位點(diǎn)（圖1d）。兩個(gè)二聚體會(huì)進(jìn)一步通過它們的TIR結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)四聚體（圖1e）。四聚體形式的組裝體會(huì)發(fā)揮NADase的作用，耗盡細(xì)胞內(nèi)的NAD+，導(dǎo)致細(xì)胞本身的死亡，阻礙了外源基因的擴(kuò)增。

該研究為剖析原核短Ago系統(tǒng)如何發(fā)揮功能奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并揭示了原核短Ago中NADase的激活機(jī)制以及導(dǎo)致細(xì)菌死亡的分子機(jī)理（圖2）。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院的支持。

論文鏈接

圖1.?原核短Ago的三維高分辨結(jié)構(gòu)

圖2.?原核短Ago中輔酶Ⅰ的激活機(jī)制以及導(dǎo)致細(xì)菌死亡的分子機(jī)理