近日，湖北大学生命科学学院吴姗教授课题组在国际知名学术期刊《Advanced Science》（IF=14.1）发表题为《Distinct Cleavage Trajectories Mediated by DNA and RNA Substrate in Argonaute from Methanocaldococcus fervens》的研究论文。湖北大学博士研究生黄福勇、已毕业博士生陈泰宇和硕士研究生方萌为论文共同第一作者，吴姗教授、博士后王洁宁和陶鑫为共同通讯作者，湖北大学为第一单位。

Argonaute（Ago）蛋白是一类以核酸为引导的可编程核酸内切酶，在基因调控与生物防御中发挥重要作用。原核Ago（pAgo）来源广泛，其底物选择具有较高的多样性：部分pAgo能够特异性靶向DNA或RNA，同时也存在能够兼具DNA/RNA切割活性的蛋白。然而，目前pAgo系统的开发及应用多依赖于DNA引导的DNA靶向和切割，针对RNA靶标的应用相对有限，且多由现有兼具DNA/RNA切割活性的pAgo发挥RNA靶向切割功能，精准性较差。因此，深入解析pAgo对DNA和RNA底物的识别与切割差异，不仅有助于拓展pAgo蛋白底物选择特征的认识，并将为开发高效精准的RNA靶向pAgo工具提供理论基础。

吴姗课题组发现来源于超嗜热古菌Methanocaldococcus fervens的MfAgo除具此前报道的靶向DNA切割活性外，还具备高效的DNA引导RNA切割能力，并表现出较高的序列保真度。研究团队利用冷冻电镜三维重构技术，解析了MfAgo在多种功能状态下的高分辨率结构，并系统性捕捉了其RNA靶向过程中从靶标结合、二聚化执行催化切割，再到产物释放的“单体-二聚体-单体”的完整动态构象变化。结合生化结果进一步发现，MfAgo介导的RNA切割严格依赖二聚化过程，稳定PIWI结构域中催化四联体构象。而与靶向RNA切割机制不同，MfAgo虽在靶向DNA复合体的结构解析中均呈现二聚体构象，但破坏其二聚体互作界面后的突变体依旧能有效发挥切割功能，并对DNA靶标表现出极强的底物包容性，揭示了MfAgo在DNA和RNA靶向过程中显著差异的催化机制及结构依赖性。此外，研究团队还在MfAgo的MID结构域表面鉴定出一个额外的核酸结合口袋，该口袋与此前报道的PfAgo一致，并通过结构与生化实验验证了该位点在稳定靶标结合中的作用。值得注意的是，该结合面突变体进一步增强了MfAgo在中温条件下的DNA切割能力，为理解嗜热Ago的高温适应机制提供了新的视角。

该研究在结构和机制层面揭示了同一Ago蛋白区分DNA与RNA底物的差异性催化轨迹，深化了对pAgo蛋白底物多样性及催化机制的认识，为理性改造嗜热Argonaute、开发兼具DNA与RNA操作能力的新一代可编程核酸酶工具提供了理论基础。相关研究为基因编辑、分子克隆、结构化RNA靶向及核酸检测等领域提供了新的技术思路，具有重要的科学意义和应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.77620

（审核：李爱涛 终审：黄裕钊）