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原核和真核RNA沉默的关键差异Argonaute酶揭幕

2019-02-27 10:32:41 • 来源：

Argonaute(Ago)酶复合物在DNA和RNA靶标切割中发挥关键作用，在原核和真核细胞中称为RNA沉默，使其成为未来基因编辑技术的目标。本研究揭示了原核生物Ago(pAgo)和真核生物Ago(eAgo)酶在切割反应中的关键差异，可能为其进化过去提供重要线索。

原核和真核RNA沉默的关键差异Argonaute酶揭幕

酶具有明确定义的活性位点以允许底物分子错综复杂地配合。这通常与催化反应发生之前的酶促构象变化相结合。对于Ago，催化步骤需要插入“谷氨酸指”以形成催化插入构象，其可以通过由两个对称的带正电荷的残基提供的氢键网络来稳定。

对于真核生物中的Ago，这两个对称的带正电荷的残基发挥相同的作用，这对于解理是至关重要的。因此，研究人员推测，原核生物Ago中的两个类似位点在解理功能中起着相同的关键作用。令人惊讶的是，该研究(图1)显示在pAgo中，两个残基中只有一个(精氨酸545)参与切割功能。当另一个(精氨酸486)被其他氨基酸取代，该酶仍然能够维持其切割活性。基于这些结果，该研究进一步表明R486可能发挥其他作用，例如协助插入谷氨酸指。eAgos和pAgos之间这些对称驻留的作用的这种显着差异的发现提供了关于在从原核生物到真核生物的进化过程中卵裂功能如何进化的新颖见解。

为了实现这些结果，应用结合量子力学，分子力学和分子动力学(QM / MM)的计算方法来阐明切割反应机制并鉴定氨基酸残基的功能作用。这项研究是通过大规模，高性能的计算资源实现的，这些资源在KAUST的Shaheen II超级计算机上与Xin Gao教授的团队合作计算了相当于10,000个CPU核心的25周。

“由于当前的计算能力和QM / MM建模所允许的精度，这项研究成为可能，”黄旭辉教授说。“比较哪些氨基酸残基在pAgo和eAgo中的靶DNA / RNA切割步骤中发挥关键作用，揭示了Ago蛋白如何从原核生物进化到真核生物以切割DNA / RNA。这些信息可能有助于最终修饰Ago蛋白作为未来增强的基因编辑工具，“黄教授解释道。

该方法及其研究结果的详细信息发表于2018年12月27日的“美国国家科学院院刊 ” (PNAS)期刊。

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