PNAS：細菌抵御病毒侵染TypeIRM系統的新發現

　　中科院生物物理研究所梁棟材院士課題組的研究論文 “Structural basis underlying complex assembly and conformational transition of the Type I R-M system”。該項工作報道了細菌TypeI系統中核心酶MTase復合物3.2?的晶體三維結構，揭示了MTase在Type I分子機器中識別外源DNA，發揮核心酶活性的分子基礎。

　　這一研究成果公布在PNAS雜志上。

　　細菌進化一系列的防御系統用來抵御噬菌體病毒的侵染。近年來研究表明，R-M系統和CRISPR-Cas系統同時存在于細菌中。它們作為防御系統的核心，通過直接作用和降解侵入宿主細胞的外源DNA，從而為寄主提供了先天適應性免疫保護。R-M系統存在于90%的細菌中，根據亞基的組成和DNA的切割方式主要劃分為Type I，Type II，Type III和Type IV四種。TypeI R-M系統由多個亞基組成，包括DNA識別S-亞基、甲基化M-亞基和限制性內切酶 R-亞基。盡管在過去的五十年中，這個領域有大量的研究報道，但是因為一直沒有高分辨率的結構數據，TypeI中各個亞基之間的組裝和構象變化并不清楚。

　　梁棟材課題組閆小雪副研究員在對細菌防御系統長期研究的基礎上，與感染免疫中心高璞研究員通力合作，首次報道了TypeI系統中MTase復合物（2M+1S）在小分子SAM存在條件下與雙鏈DNA的三元大復合物“Open”模式的原子分辨率晶體結構。該研究揭示了M與S亞基分子間相互作用借助于一種新型四螺旋束結構域，這個結構域決定了M，S和DNA之間相互作用的特異性；此外，“Open”模型與之前發表的電鏡18? “Close”模型有顯著的構象變化，生化結果表明R亞基更傾向與“Close”模式的MTase復合物結合。

　　基于這些結果，研究人員提出了Type I R-M分子機器組裝的新模型。該研究對于深入理解細菌抵御病毒入侵的Type I R-M系統的分子機制具有重要的意義，這一工作為TypeI限制修飾系統今后在分子生物學中的應用提供了有力的結構和理論依據。

　　閆小雪副研究員和高璞研究員為本文的共同通訊作者；梁棟材課題組助理研究員劉晏平為本文的第一作者；唐群副研究員、張介中碩士，田利飛博士為主要完成人。該項研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項的資助，上海同步輻射光源和蛋白質科學研究平臺為該研究提供了重要的技術支持。