大部分異常球菌屬（Deinococcus）的成員具有超強的DNA損傷修復(fù)能力，是研究基因組穩(wěn)定性維持機制的重要模式生物。PprI-DdrO是我們之前鑒定的一種新型DNA損傷響應(yīng)系統(tǒng)，其通過金屬蛋白酶PprI作為脅迫響應(yīng)的開關(guān)，特異性地切割轉(zhuǎn)錄阻遏因子DdrO來調(diào)控相關(guān)基因的表達，但是對于該系統(tǒng)激活的上游具體信號仍不清楚。

2024年2月29日，浙江大學生命科學學院華躍進教授、周如鴻教授和趙燁教授在Nature Communications雜志發(fā)表了題為“The Deinococcus protease PprI senses DNA damage by directly interacting with single-stranded DNA”的研究成果。該論文鑒定了DNA損傷傳感器，揭示了DNA損傷產(chǎn)物單鏈DNA（ssDNA）自身即能夠作為一種直接的DNA損傷信號被DNA損傷傳感器識別，對該系統(tǒng)進行激活，進而啟動相關(guān)DNA損傷修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄。

之前的研究表明pprI基因的轉(zhuǎn)錄水平在細胞受到DNA損傷前后并無明顯差異，表明PprI蛋白并非通過表達量的增加而激活，極有可能存在一種未知的機制。本研究首先發(fā)現(xiàn)ssDNA能夠直接與PprI蛋白結(jié)合并激活其切割活性。通過生化、細胞和結(jié)構(gòu)生物學的研究方法，成功解析了PprI-ssDNA復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，其具有三個重要的ssDNA結(jié)合位點，為細胞內(nèi)PprI-DdrO系統(tǒng)激活所必需（圖a）。研究人員進一步通過計算生物學的方法獲得了PprI-ssDNA-DdrO三元復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，推測ssDNA通過增強PprI與DdrO之間的相互作用激活下游基因的轉(zhuǎn)錄水平（圖b）。此外，PprI蛋白的單體與二聚體之間的動態(tài)平衡同樣參與了該系統(tǒng)的激活（圖c）?？偟膩碚f，本研究發(fā)現(xiàn)作為DNA損傷傳感器的PprI能夠直接識別作為DNA損傷的信號分子ssDNA，在轉(zhuǎn)錄水平激活DNA損傷修復(fù)過程，幫助細胞適應(yīng)環(huán)境脅迫。

(a) PprI-ssDNA復(fù)合體的整體結(jié)構(gòu)。(b) 全原子分子動力學（MD）模擬驗證的PprI-DdrO-ssDNA模型。

(c) PprI蛋白的單體與二聚體之間的動態(tài)平衡。

浙江大學生命科學學院陸慧智特聘副研究員第一作者、博士生陳子婧為本研究論文的共同第一作者，浙江大學生命科學學院華躍進教授該論文通訊作者、周如鴻教授和趙燁教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金的支持，上海同步輻射光源（SSRF）對該研究提供了技術(shù)支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46208-9