冷冻电镜助力！细菌“天然免疫”细节揭晓

 
 
冷冻电镜助力！细菌“天然免疫”细节发表  
 

当病毒入侵哺乳动物细胞时，最初识别病原DNA收到这一“情报”的蛋鹤发出信号，向下一个卵白通报，环环相扣，激活天然免疫回响。哺乳动物细胞正是操作这样的多条天然免疫通路，介导免疫应答。

那么，细菌等原核细胞又是如何对外源DNA举办“天然免疫识别和应答”呢？

宿主细胞对病原DNA的免疫识别和应答（高璞供图）

北京时间2020年6月1日晚23点，《自然-微生物学》（Nature Microbiology）在线颁发了中国科学院生物物理所高璞、章新政团队的最新研究成就。这项研究着眼一种细菌识别外源入侵DNA的免疫防止系统，即I型限制修饰（Type I R-M）系统。

研究人员操作冷冻电镜技能系统性理会了Type I R-M系统与靶标DNA及两种噬菌体抑制卵白（Ocr和ArdA）的多种生理构象的三维布局，并共同突变及生化阐明，展现了该系统的组装、催化和调控机制。

6个步调展开细节

Type I R-M系统遍及存在于原核生物中，可以对宿主自身DNA举办甲基化修饰，并对未经修饰的噬菌体DNA举办识别和切割，从而为宿主细胞提供强大的天然免疫掩护。

高璞向《中国科学报》先容，自1968年，这一系统被判断以来，很多研究人员操作微生物学、生物化学及分子生物学等手段对其开展了遍及研究。

“譬喻，我们已经知道：该系统包罗的亚基（卵白）种类、差异Type I R-M系统特异识此外靶标DNA序列、Type I R-M系统存在的组装方法、以及噬菌体编码卵白可抑制该系统的活性等等。”

可是，在分子甚至原子程度上，仍然有许多问题未获得解答，包罗：差异亚基之间如何彼此浸染并组装成有特定成果的复合物？Type I R-M系统是否以及如何通过构象变革来准确调控差异的酶活性？Type I R-M动态构象变革的布局基本是什么？噬菌体卵白抑制Type I R-M系统酶活性的分子机制是什么？

为了答复这些问题，则必需相识Type I R-M系统在差异构象状态及组装方法下的布局信息。

多年来，高璞一直致力于展现Type I R-M系统的组装、催化和调控机制。2011年，他在攻读博士期间，就理会了该系统DNA识别亚基的晶体布局。2017年，他与中科院生物物理所梁栋材院士课题组相助，理会了该系统甲基化酶复合物在不团结靶标DNA状态下的晶体布局。而此次的最新成就，则是他们团队与章新政课题组相助，理会了该系统多个生理状态下的冷冻电镜布局。

基于本项最新研究，研究人员将Type I R-M全酶的事情模子表述为以下6个步调：

1、未团结靶DNA时，全酶复合物处于一种动态开放的Resting State；

2、团结靶DNA后，全酶复合物转变为紧凑的Translocation State，并将DNA定位于两个R亚基的Motor-1和Motor-2布局域之间；

3、通过水解ATP，两个R亚基开始催化DNA translocation，并将DNA从两头拉向Type I R-M复合物，进而形成非凡的DNA loop布局；

4、当DNA translocation受阻时，Type I R-M全酶转变为Intermediate State，此时仅有一个R亚基具有DNA translocase活性；

5、通过两个R亚基的协同浸染，全酶复合物进入Restriction State，两个R亚基的Nuclease布局域和两个M亚基的Catalytic布局域均接近DNA，发挥DNA切割和甲基化修饰成果；

6、切割和修饰竣事后，全酶复合物与DNA彼此疏散并返回到初始的Resting State。

Type I R-M全酶复合物的事情模子图（高璞供图）

冷冻电镜助力“凝固”瞬间

为了更清楚的领略上述状态转变进程，研究人员在冷冻电镜的辅佐下“凝固”了个中的多个瞬间。