科(ke)學家(jia)們已經揭(jie)開了一種(zhong)蛋白質的逐步(bu)激(ji)活過(guo)程(cheng)，這種(zhong)蛋白質在生命的所有領域都有著深刻的進化歷史，為利(li)用其功能作(zuo)為生物技術工具(ju)打開了大門。

這種蛋白質屬(shu)于Argonaute蛋白的(de)“超(chao)家族"，之前的(de)研究(jiu)表明(ming)，它(ta)與基(ji)因沉默有關，這是一個(ge)被稱(cheng)為RNA干(gan)擾的(de)基(ji)本過(guo)程(cheng)。

這些蛋白質在(zai)真(zhen)(zhen)核生(sheng)物中(zhong)有(you)很(hen)好(hao)(hao)的(de)(de)特(te)征——植物、真(zhen)(zhen)菌、動物、人類和(he)(he)(he)其他(ta)(ta)具有(you)明確細胞核的(de)(de)細胞的(de)(de)生(sheng)命形式。在(zai)沒有(you)細胞核的(de)(de)原核生(sheng)物中(zhong)，有(you)兩種類型的(de)(de)Argonaute蛋白，長Argonautes和(he)(he)(he)短Argonautes。在(zai)結構(gou)和(he)(he)(he)功(gong)能上與真(zhen)(zhen)核生(sheng)物中(zhong)的(de)(de)近親相似(si)。相比之下，矮小的(de)(de)阿爾戈英雄與其他(ta)(ta)研究得很(hen)好(hao)(hao)的(de)(de)阿爾戈英雄采(cai)用了不同的(de)(de)結構(gou)，發揮(hui)了不同的(de)(de)功(gong)能。

這是(shi)第一次詳細研究短Argonaute的結(jie)構和機制，可能(neng)為未來(lai)治療(liao)目的的應用繪制藍圖的開端(duan)。

俄亥俄州立大學(xue)醫學(xue)院生物化學(xue)和藥(yao)理(li)學(xue)助理(li)教授、資深作者傅天(tian)敏(min)說:“這(zhe)些原(yuan)核蛋(dan)白的(de)(de)(de)(de)短版本(ben)占所有阿爾貢蛋(dan)白的(de)(de)(de)(de)58%，現在正(zheng)成(cheng)為(wei)該領(ling)域的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個熱點(dian)。"“我們(men)已(yi)經確(que)定的(de)(de)(de)(de)能力(li)之一(yi)(yi)是這(zhe)種蛋(dan)白質在細(xi)菌(jun)觸(chu)發自身死亡的(de)(de)(de)(de)方式中所起(qi)的(de)(de)(de)(de)精確(que)作用，以避免(mian)因質粒入侵而在其(qi)生命(ming)周期中失去力(li)量。了解這(zhe)些類型的(de)(de)(de)(de)機制是將(jiang)高效的(de)(de)(de)(de)自然(ran)功能用于診斷和治(zhi)療的(de)(de)(de)(de)第一(yi)(yi)步。"

這項研(yan)究(jiu)今(jin)天(tian)(2023年7月26日)發表在《自然》雜志上。

在(zai)這項工作中，研究(jiu)小組專注(zhu)于(yu)一(yi)種名為(wei)(wei)SPARTA的(de)蛋(dan)(dan)白(bai)質，這是一(yi)種短原核(he)Argonaute(也稱(cheng)為(wei)(wei)Ago)，特別(bie)是建立在(zai)其他研究(jiu)的(de)基(ji)礎上(shang)，這些研究(jiu)表明(ming)，這種蛋(dan)(dan)白(bai)質能夠使(shi)多吸管Maribacter polysiphoniae細菌(jun)在(zai)檢(jian)測到質粒(li)入侵時(shi)(當外部(bu)DNA片段試圖(tu)插入自己以改變細菌(jun)特性(xing)時(shi))編程死亡(wang)。

以(yi)前，真(zhen)核生(sheng)物中的(de)蛋(dan)白質在整個激活過(guo)程中都保持簡單(dan)分子(zi)的(de)狀態，只能與其(qi)他簡單(dan)分子(zi)結合。它(ta)們也被確定為(wei)RNA干擾的(de)參與者，RNA干擾是一種抑制(zhi)可(ke)能對細胞生(sheng)存(cun)構成威脅的(de)特定基因(yin)表(biao)達的(de)進化策略。

另(ling)一方面，SPARTA缺乏促進RNA干擾(rao)所(suo)需的(de)(de)某些結構。雖然它開始(shi)是(shi)一個(ge)簡單(dan)的(de)(de)分子，就(jiu)像(xiang)長原核生(sheng)物和(he)真核生(sheng)物一樣，激活的(de)(de)相似性就(jiu)到此為止了。

利用低溫電(dian)子顯微鏡，研究(jiu)人員(yuan)確定了(le)(le)SPARTA的下一(yi)步(bu):在與RNA或DNA結合(he)后，它(ta)經(jing)歷了(le)(le)許多(duo)變化，最終組裝成一(yi)個更大的多(duo)單(dan)元(yuan)分(fen)子復合(he)物。

對該(gai)復(fu)合物(wu)的(de)功能(neng)分(fen)析顯示(shi)，蛋白質的(de)結構變化必須達到這(zhe)一點，然(ran)后才能(neng)產生(sheng)化學(xue)反應，使(shi)受(shou)到威脅的(de)細菌能(neng)夠編程自己的(de)細胞死亡——科(ke)學(xue)家們希(xi)望(wang)通過操(cao)縱這(zhe)一誘人的(de)功能(neng)來(lai)保護人類(lei)健康。

研究(jiu)人員還引入了突變，以(yi)證實該過程的每(mei)一步都對維持SPARTA的功能至關重要。

所(suo)有這些都(dou)表明，寡(gua)聚化(hua)——將簡(jian)單分(fen)(fen)子(zi)有條(tiao)不紊地(di)轉化(hua)為分(fen)(fen)子(zi)復合物(wu)——是激(ji)活短原核Argonaute蛋(dan)(dan)白(bai)的重要組成部分(fen)(fen)。雖然蛋(dan)(dan)白(bai)質的寡(gua)聚化(hua)并不罕見，但了解(jie)其在(zai)蛋(dan)(dan)白(bai)質活化(hua)中的作(zuo)用是理解(jie)蛋(dan)(dan)白(bai)質如(ru)何與其他(ta)蛋(dan)(dan)白(bai)質相(xiang)互作(zuo)用并確(que)定(ding)其功能目的的關鍵。

“當(dang)我(wo)(wo)們談(tan)論一種在(zai)所有(you)生物(wu)體中到處表達(da)的(de)(de)(de)蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)時，我(wo)(wo)們知道這種蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)本質(zhi)上(shang)是(shi)重要的(de)(de)(de)，即使我(wo)(wo)們還(huan)不知道它的(de)(de)(de)所有(you)特定功能，"傅實驗室的(de)(de)(de)博士(shi)后學者、第(di)一作者沈章飛說。“現在(zai)我(wo)(wo)們不僅知道它是(shi)寡聚化(hua)的(de)(de)(de)，還(huan)知道它是(shi)如何寡聚化(hua)的(de)(de)(de)，并捕(bu)獲了它在(zai)寡聚化(hua)過程中的(de)(de)(de)中間狀態(tai)，我(wo)(wo)們在(zai)開發這種蛋(dan)(dan)白(bai)質(zhi)作為(wei)工具方面取得(de)了很好的(de)(de)(de)進(jin)展。"

Fu的(de)實驗(yan)室設(she)想的(de)可能性(xing)包(bao)括設(she)計短(duan)的(de)原核生(sheng)物Agos，幫助細胞檢測威(wei)(wei)脅(xie)，或者觸發威(wei)(wei)脅(xie)健康細胞的(de)分子，導致它們自己死(si)亡。

這項工作(zuo)得(de)到(dao)了國家普通醫(yi)學科學研究(jiu)所的支持。

其他共同(tong)作者包括(kuo)俄亥俄州立大(da)(da)學(xue)(xue)的楊曉(xiao)遠和中西(xi)(xi)Kotaro，加州理工學(xue)(xue)院的夏士宇(yu)，凱(kai)斯西(xi)(xi)儲(chu)大(da)(da)學(xue)(xue)的黃偉和Derek Taylor。

文獻參考：

Zhangfei Shen, Xiao-Yuan Yang, Shiyu Xia, Wei Huang, Derek J. Taylor, Kotaro Nakanishi, Tian-Min Fu. Oligomerization-mediated activation of a short prokaryotic Argonaute. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06456-z