原核和真核RNA沉默的關鍵差異Argonaute酶揭幕

酶具有明確定義的活性位點以允許底物分子錯綜復雜地配合。這通常與催化反應發(fā)生之前的酶促構象變化相結合。對于Ago，催化步驟需要插入“谷氨酸指”以形成催化插入構象，其可以通過由兩個對稱帶正電荷的殘基提供的氫鍵網(wǎng)絡來穩(wěn)定。

對于真核生物中的Ago，這兩個對稱的帶正電荷的殘基發(fā)揮相同的作用，這對于解理是至關重要的。因此，長期以來推測原核生物Ago中的兩個類似位點在解理功能中起著相同的關鍵作用。令人驚訝的是，該研究表明，在pAgo中，兩個殘基中只有一個(精氨酸545)參與切割功能。當另一個(精氨酸486)被其他氨基酸取代時，酶仍然能夠保持其切割活性。基于這些結果，該研究進一步表明R486可能發(fā)揮其他作用，例如協(xié)助插入谷氨酸指。

為了實現(xiàn)這些結果，應用量子力學，分子力學和分子動力學(QM / MM)的計算方法來闡明切割反應機制并鑒定氨基酸殘基的功能作用。這項研究是通過大規(guī)模的高性能計算資源實現(xiàn)的，這些資源在KAUST的Shaheen II超級計算機上與Xin GAO教授的團隊合作計算了相當于10,000個CPU核心的25周。

“由于當前的計算能力和QM / MM建模所允許的精度，這項研究成為可能，”黃旭輝教授說。“比較哪些氨基酸殘基在pAgo和eAgo中的靶DNA / RNA切割步驟中發(fā)揮關鍵作用，揭示了Ago蛋白如何從原核生物進化到真核生物以切割DNA / RNA。這些信息可能有助于最終修飾Ago蛋白作為未來增強的基因編輯工具，“黃教授解釋道。