冷冻电镜助力！细菌“天然免疫”细节揭晓(2)

“首先尝试的第一步是要得到高质量的复合物样品，我们采纳细胞内共表达以及体外重组相团结的方法，以经典的Type I R-M系统EcoR124I为研究工具，制备了焦点复合物M2S1以及全酶复合物R2M2S1。然后，进一步得到了它们与靶标DNA及两种噬菌体抑制卵白（Ocr和ArdA）的复合物样品。”高璞暗示。

接下来，研究人员操作冷冻电镜单颗粒重构要领，探索了上述多种复合物样品的制样及数据收集条件，并理会了差异判别率的共10种状态的三维布局。

Type I R-M系统10种差异生理构象的冷冻电镜布局（高璞供图）

事实上，环绕Type I R-M系统为什么可以或许转位、切割、以及修饰DNA，前人的研究已经相识其在差异阶段会显示出差异的酶活性，可是却不知道这个大的分子呆板产生状态变革的基础原因。

冷冻电镜技能为相识这一进程的空间构象变革提供了“利器”。譬喻，在第一个阶段，Type I R-M系统只有转位酶的活性、不具有切割和甲基化活性，原因是其酶切活性中心在布局上被“挤”在中间，形成“自我抑制”的状态；而甲基化酶催化域也同时间隔DNA较远，导致其不具备甲基化活性。

“冷冻电镜功效上看，这长短常直观且显而易见的。”高璞先容。

中科院生物物理所成像中心平台为本研究冷冻电镜数据收集和样品阐明等事情提供了支持。

东西性意义

有关这项研究的意义，除了有助于领略基本生物学问题，Type I R-M系统作为生物学东西开拓的意义也应获得足够重视。在原核细胞中，“R-M系统”及“CRISPR-Cas系统”是细菌去除入侵的噬菌体DNA的两种防止系统，而这两种系统都已经被开拓成强大的生物学东西，被遍及应用于当前的生物医学研究中。

高璞强调，由于R-M系统中的酶能识别特异的DNA序列并举办修饰和切割，因此，当下的分子克隆等尝试中，都要遍及用到R-M系统。不外，Type I R-M系统固然最早被发明，但其东西开拓却一直相对滞后，正是由于各人对它的事情机制领略的不足透彻。

因此，对Type I R-M系统事情细节的相识，有助于未来对其举办生物学东西开拓。

同时，在细菌对外源DNA的免疫识别方面，此项研究展现了Type I R-M系统的组装、催化和调控的分子机制，并且大部门都是之前未报道的机制，这有助于深入领略该防止系统与噬菌体之间的彼此博弈。

在布局生物学技能方面，Type I R-M系统多种生理构象的三维布局理会，是困扰本事域数十年的困难，本事情是首次系统性展现了多种构象的布局基本。

另外，该研究尚有望为抗病原菌传染的噬菌体疗法提供依据和思路。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41564-020-0731-z

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