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DdmE作為DNA引導(dǎo)的原核生物Argonaute的研究

更新時(shí)間:2024-07-20  |  點(diǎn)擊率:338

近年來(lái),隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展,科學(xué)家們?cè)诨蚓庉嫼头烙到y(tǒng)領(lǐng)域取得了諸多突破性進(jìn)展。哥倫比亞大學(xué)的研究人員利用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)深入研究了霍亂弧菌中的DdmDE防御系統(tǒng),揭示了其質(zhì)粒消除的分子機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解原核生物如何抵御外來(lái)遺傳元件提供了新視角,也為未來(lái)基因工程工具的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

 

分子生物學(xué)需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)室中的衛(wèi)生,避免發(fā)生核酸污染,德國(guó)MB公司生產(chǎn)的PCR Clean噴霧試劑,高效清除核酸污染。

 

DdmDE系統(tǒng)概述

DdmDE系統(tǒng)是病原體中一種重要的質(zhì)粒防御機(jī)制,它與另一種防御系統(tǒng)DdmABC共同存在,并在第七次大流行的O1 El Tor (7PET)菌株中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。DdmDE系統(tǒng)通過(guò)直接降解小型多拷貝質(zhì)粒,有效抵御了這些外來(lái)遺傳元件的入侵。

 

DdmEDNA引導(dǎo)的原核生物Argonaute

研究發(fā)現(xiàn),DdmE是一種DNA引導(dǎo)的原核生物ArgonautepAgo)蛋白。Argonaute蛋白是真核和原核生物共有的免疫蛋白,具有核酸介導(dǎo)的核酸識(shí)別與切割功能。然而,與真核生物中的Ago蛋白不同,原核生物中的Ago蛋白往往通過(guò)DNA介導(dǎo)的DNA切割來(lái)發(fā)揮免疫功能。

 

哥倫比亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)低溫電子顯微鏡技術(shù),解析了DdmDE系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。他們發(fā)現(xiàn),DdmE作為一種催化失活、DNA引導(dǎo)的DNA靶向pAgo,具插入結(jié)構(gòu)域。DdmE使用短DNA片段(通常小于15個(gè)核苷酸)作為向?qū)?,精確靶向并識(shí)別質(zhì)粒DNA

 

DdmD:解旋酶-核酸酶的協(xié)同作用

DdmDDdmDE系統(tǒng)中的另一個(gè)關(guān)鍵組件,它是一種融合蛋白,包含解旋酶和核酸酶結(jié)構(gòu)域。DdmD以自抑制的二聚體形式存在,在沒(méi)有DNA引導(dǎo)的DdmE的情況下,DdmD在體外對(duì)雙鏈DNA質(zhì)粒不表現(xiàn)出顯著的核酸酶活性。然而,當(dāng)DdmEDNA結(jié)合后,會(huì)觸發(fā)DdmD二聚體的解體,并將單體DdmD加載到非靶標(biāo)DNA鏈上。

 

體外研究表明,DdmDATP的驅(qū)動(dòng)下,沿5′-3′方向轉(zhuǎn)運(yùn)并部分降解質(zhì)粒DNA。這一過(guò)程中,DdmD的解旋酶結(jié)構(gòu)域解開(kāi)DNA雙鏈,而核酸酶結(jié)構(gòu)域則切割單鏈DNA,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)粒的有效降解。

 

DdmDE系統(tǒng)的機(jī)制與潛在應(yīng)用

DdmDE系統(tǒng)的機(jī)制與ICRISPR-Cas系統(tǒng)存在顯著的相似之處。在ICRISPR-Cas系統(tǒng)中,RNA引導(dǎo)的效應(yīng)復(fù)合物Cascade將解旋酶-核酸酶融合蛋白Cas3招募到非靶標(biāo)DNA鏈上,隨后Cas3通過(guò)反復(fù)解旋和切割DNA來(lái)降解靶標(biāo)。這種相似性提示,DdmDE系統(tǒng)未來(lái)可能被改造為基因編輯工具,用于靶向并消除細(xì)菌中的特定質(zhì)?;蚧?。

 

此外,DdmDE系統(tǒng)還可能被用于開(kāi)發(fā)新型抗菌策略。通過(guò)向細(xì)菌中遞送特定的DNA向?qū)?,可以激?span>DdmDE系統(tǒng),從而消耗或消除細(xì)菌菌株。這種基于DdmDE的抗菌策略有望為應(yīng)對(duì)耐藥菌感染提供新的解決方案。

 

結(jié)論

哥倫比亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)低溫電子顯微鏡技術(shù)揭示了DdmDE系統(tǒng)的質(zhì)粒消除機(jī)制,為理解原核生物基因組防御系統(tǒng)提供了新的視角。DdmE作為DNA引導(dǎo)的原核生物Argonaute蛋白,在DdmDE系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,通過(guò)與DdmD的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)質(zhì)粒的有效降解。未來(lái),DdmDE系統(tǒng)有望成為基因編輯和抗菌治療領(lǐng)域的重要工具,為生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟新的道路。


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