mBio:阐述了DndE的结构和功能 DndE是古菌DNA磷酰基修饰途径中的一种重要蛋白质

来源：上海交通大学2022-04-29 09336021

在细菌和古细菌等原核生物中，DNA主链中未桥接的氧原子被硫原子取代。这种特殊的表观遗传修饰被称为DNA磷酰修饰。

近日，上海交通大学生命科学与技术学院、微生物代谢国家重点实验室吴耕教授团队与武汉大学王连荣教授团队合作，阐明了古细菌DNA磷酰化修饰途径中的重要蛋白DndE的结构和功能。这项研究成果发表在《mBio》期刊上，题目是“盐碱性古菌JCM自然古细菌10635中参与DNA硫代化的dnde的结构和功能分析”。生命科学与技术学院吴耕教授、武汉大学王连荣教授为通讯作者。本研究首次阐明了一种来自古细菌的在DNA磷酰化修饰中起重要作用的蛋白质DndE的结构和功能，加深了人们对DNA磷酰化修饰的认识和理解。

在细菌和古细菌等原核生物中，DNA主链中未桥接的氧原子被硫原子取代。这种特殊的表观遗传修饰被称为DNA磷酰修饰。已经发现有两种酶系统用硫代磷酸修饰DNA:I型DndA-DndB-DndC-DndD-DndE，它用硫修饰双链DNA；和类型II的SspA-SspB-SspC-SspD用于用硫修饰单链DNA。DndE属于I型DNA的磷酰基修饰系统。

本研究首先通过分析嗜盐古细菌Natronorubrum bangense JCM10635的DndE蛋白的晶体结构，发现古细菌的DndE蛋白无论是在晶体中还是在溶液中都是以单体的形式存在，这与之前发表的大肠杆菌B7A的DndE的四聚体不同。然后通过纯化的DndE蛋白对DNA的体外切刻实验，我们发现DndE对DNA具有切刻活性，类似于SspABCD中的SspB蛋白，是一种型DNA硫化修饰体系。它切割共价闭合环状双链DNA的一条单链，即刻痕DNA，产生开放环状)DNA，随着时间的推移会产生。此外，这项研究还揭示了DndE对DNA的切割活性依赖于二价金属阳离子，特别是镁离子，而不依赖于DNA上是否存在硫代磷酸修饰。径流测序结果表明，DndE对其切口活性没有DNA序列特异性。然后，体外荧光标记DNA和纯化DndE蛋白的荧光偏振检测实验表明，DndE蛋白在体外可以直接与DNA结合，DndE对切口DNA的亲和力最强，其次是双链DNA，对单链DNA的亲和力最弱。最后，本研究发现，如果将DndE蛋白表面带正电荷的精氨酸19、赖氨酸K23和精氨酸R34突变为电中性丙氨酸，DndE与切口DNA的亲和力会降低。但是，如果DndE蛋白的甘氨酸26突变成带正电荷的赖氨酸，DndE与切口DNA的亲和力就会增强。这表明DndE蛋白通过其表面带正电荷的氨基酸残基，如精氨酸19、赖氨酸K23和精氨酸R34，与切口DNA结合。

本文是2018年吴耕团队在Nature Communications发表的《细菌利用SBD结构域识别DNA上硫化物修饰的结构机制》、2020年在Nature Microbiology发表的《型DNA硫化物修饰系统的SspB和SspE晶体结构》、2020年在mBio发表的《型DNA硫化物修饰系统的SspA晶体结构》的延续和扩展。

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