2023年12月5日,华中科技大学生命科学与技术学院朱斌教授团队在国际核酸领域顶级期刊《Nucleic Acids Research》发表题为“The nuclease-associated short prokaryotic Argonaute system nonspecifically degrades DNA upon activation by target recognition”的研究论文。

论文链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article-abstract/doi/10.1093/nar/gkad1145/7458318?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nar&utm_medium=email

Argonaute蛋白是除CRISPR-Cas系统外的另一类可编程核酸酶。在真核生物中，Argonaute蛋白是RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex, RISC）的核心成分，在RNA干扰途径中发挥着关键作用。原核生物中也广泛存在Argonaute蛋白（prokaryotic Argonaute, pAgo），且更为多样。研究表明，pAgo在微生物抵抗病毒和外源DNA中起着重要作用。pAgo可分为两大类：长pAgo和短pAgo。长pAgo与真核生物Argonaute蛋白相似，能够在向导核酸的引导下结合并特异性切割具有互补序列的靶标核酸，目前已被广泛研究。短pAgo约占pAgo的60%，但对其了解仍处于初步阶段。短pAgo不具备切割活性，且常与一个含有APAZ结构域的效应蛋白编码于同一操纵子中。朱斌课题组通过对效应蛋白的生信分析，将短pAgo系统分为三大类，即核酸酶效应蛋白相关短pAgo、NAD(P)+水解酶相关短pAgo以及双功能效应蛋白相关短pAgo。其中，NAD(P)+水解酶相关短pAgo的功能近期刚被阐释，但更加多样的核酸酶效应蛋白相关短pAgo功能机制仍然未知。

朱斌课题组以来自Thermocrispum municipal中的核酸酶相关的短pAgo系统为研究对象，通过系统的生化研究发现：该系统中的短pAgo及其相关的核酸酶效应蛋白可以形成一个异源二聚体复合物（TmuRE-Ago复合物）。与长pAgo特异性切割靶标DNA不同，该复合物在RNA引导的DNA靶标识别后被激活，展现出高效的非特异性DNA切割活性。这一发现提示核酸酶相关的短pAgo系统可能通过流产感染以非特异性切割DNA的方式来为宿主提供免疫防御。基于TmuRE-Ago复合物的催化活性及其可编程特性，课题组开发了一种核酸检测方法。该方法的灵敏度与在无预先扩增条件下的基于CRISPR-Cas的检测方法灵敏度相当。这项研究不仅加深了对短pAgo系统防御机制的理解，还展示了核酸酶相关短pAgo系统在核酸检测中的应用潜力。

华中科技大学生命科学与技术学院陆雪玲博士与论文第一作者，华中科技大学为论文第一单位，华中科技大学生命科学与技术学院博士后黄锋涛与朱斌教授为通讯作者。武汉大学药学院肖军博士和王隆飞教授为本研究提供了帮助。本研究受到国家自然科学基金原创探索项目及深圳市基础研究重点项目支持。