Cell | 細菌中AGO蛋白可參與DNA複製

撰文 | 小柚

責編 | 兮

Argonaute (AGO)是一類非常保守的基因家族，存在於幾乎所有的真核生物中，甚至包括真細菌和古細菌【1,2】。真核生物的AGO蛋白通過結合小的非編碼RNA(例如siRNA, microRNA和piRNA等)，實現基於RNA引導的基因沉默。長期以來，我們主要將細菌中的AGO蛋白作為了解真核生物AGO蛋白的功能和結構的生化模型，而對細菌AGO蛋白的生物學功能一直不太清楚。

2020年8月25日，來自麻薩諸塞大學醫學院的Phillip D. Zamore教授在Cell發表研究「Thermus thermophilus Argonaute Functions in the Completion of DNA Replication」，該研究首次發現嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus）的AGO（TtAgo）蛋白結合來自DNA複製終點的15-18nt的DNA片段，並與DNA複製相關蛋白互作，參與DNA複製的完成。

為研究TtAgo的功能，研究者首先構建了特異性識別TtAgo的抗體，並通過免疫沉澱的方法獲得了結合TtAgo的核酸。這些核酸對DNase敏感，對RNase不敏感，說明TtAgo結合的是DNA而不是RNA。結合TtAgo的DNA有兩類，一類長度~1160bp，可以與整個染色體和質粒匹配，而另一類長度為15-18nt的DNA則主要來自於DNA複製的末端，這引起了研究者的興趣。

TtAgo可結合DNA複製末端產生的小DNA片段，這提示TtAgo可能參與DNA複製。細菌的染色體呈環狀，當DNA複製完成時，需要解旋酶將兩條環狀DNA解開。在嗜熱棲熱菌菌中，gyrase是唯一的拓撲異構酶II。研究者發現，當使用gyrase抑制劑ciprofloxacin處理細菌時，TtAgo可幫助完成DNA複製。而當抑制gyrase並突變TtAgo，複製後的DNA無法被解開，形成絲狀連接（下圖）。

總的來說，該研究發現TtAgo通過結合來自於DNA複製終點的15-18nt DNA參與DNA複製的重要功能。值得注意的是，在正常培養條件下，突變TtAgo不影響細菌的生長；而在藥物（gyrase抑制劑ciprofloxacin）的處理下，突變TtAgo能顯著抑制細菌的生長。細菌耐藥正成為不可忽視的問題，該研究發現的TtAgo在DNA複製中的功能，為開發阻止DNA複製或胞質分裂的藥物提供了新的思路。此外，通過蛋白免疫沉澱聯合質譜檢測，研究者發現TtAgo可結合多個與DNA複製過程相關的蛋白，這可能可以解釋TtAgo在DNA複製中的功能。雖然目前尚未有研究發現真核生物的AGO蛋白結合DNA，但考慮到AGO蛋白的保守性，真核生物的AGO蛋白是否也會結合相關DNA複製相關蛋白並參與DNA複製，尚需進一步研究。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.036

參考文獻

1. Ozata, D.M., Gainetdinov, I., Zoch, A., O』Carroll, D., and Zamore, P.D. (2019).PIWI-interacting RNAs: small RNAs with big functions. Nat. Rev. Genet.20, 89–108

2. Bartel, D.P. (2018). Metazoan MicroRNAs. Cell 173, 20–51.