第一作者：王莹、郝万山
通讯作者：程凯莹
发表期刊：Nucleic Acids Research
期刊 5-Year Impact Factor：16.4
通讯单位：杭州师范大学
论文DOI：10.1093/nar/gkae451.
引言
细菌编码多种蛋白质以克服因营养不足、DNA损伤或有害代谢物积累而产生的生存压力。RNA降解在整个RNA代谢过程中起着至关重要的作用，并显著影响细胞内的RNA水平。细胞中核糖核酸酶对RNA的降解通常会产生nanoRNA，即长度从2到5个核苷酸的短RNA片段，而不是完全消化成单核苷酸。冗余的nanoRNA会影响基因表达谱，诱导代谢应激，最终导致细胞死亡。因此，nanoRNA的完全降解对于维持细胞的正常代谢至关重要。细菌中协助完成nanoRNA降解的其中一类蛋白来自于DHH/DHHA1磷酸酯酶家族。此外，DHH/DHHA1家族蛋白还被认为在细菌抵抗环境压力中扮演关键角色。耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans, Dr）以其对DNA损伤的显著修复能力而闻名，其拥有高效的DNA损伤响应和修复系统。其含有两个DHH/DHHA1家族同源蛋白——DrRecJ和DrRecJ-like。其中，DrRecJ的结构和功能，及其在DNA损伤修复过程中的分子机制已在之前的研究中得到了阐明，而DrRecJ-like蛋白的生化活性、结构特征和生物学功能尚未得到研究。
论文概要
2024年5月，杭州师范大学基础医学院程凯莹教授课题组在Nucleic Acids Research（Q1）上发表了题为“Structural and functional investigation of the DHH/DHHA1 family proteins in Deinococcus radiodurans”的研究。文章构建了耐辐射奇球菌DHH/DHHA1家族蛋白（DrRecJ和DrRecJ-like）的单缺失和双缺失菌株。表型分析和转录组数据表明这两个蛋白在体内具有复杂的重叠和拮抗功能。DrRecJ-like不仅影响了细菌的应激反应、细胞生长和分裂，还与细胞内蛋白质的折叠/稳定性以及细胞膜/壁的形成和稳定性有关，而DrRecJ不仅参与了DNA修复，还通过影响许多与复制、转录、翻译和分裂相关基因的表达来影响细胞的生长和分裂。体外生化活性实验中，DrRecJ-like表现出Mn2+偏好的寡核苷酸和环状核苷酸水解活性，而DrRecJ仅对较长的DNA链有水解能力。文章通过对DrRecJ-like晶体结构的解析以及点突变验证，提出了DrRecJ-like对底物结合和催化的分子机制。此外，文章还构建了DrRecJ-like蛋白二聚化缺陷突变体，并做了相应的表型和生化分析，由此解释了细菌中该亚家族蛋白二聚化的生物学意义。
图文导读
图A，不同突变株的差异基因表达热图分析；图B，不同突变株在不同处理条件下的表型分析；图C，DrRecJ-like水解核酸底物的长度及序列偏好性；图D，无机磷检测实验分析DrRecJ-like和DrRecJ对pAp、pApA、ApAp底物的水解能力；图E和F，DrRecJ-like的2 Å晶体结构概览和催化中心区域放大图；图G和H，DrRecJ-like的底物催化及结合区域关键氨基酸突变后对底物水解活性的影响。
小结
综上，本论文采用了遗传、转录、结构和生化分析手段，阐明了两个耐辐射奇球菌DHH/DHHA1家族蛋白的生化和功能特性，为这一蛋白家族参与细菌应激反应过程提供了新的见解。
杭州师范大学为该论文的第一完成单位，基础医学院程凯莹教授为通讯作者，团队研究生王莹和郝万山为文章的共同第一作者。该研究受到了浙江省医学表观遗传学重点实验室的支持，以及国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、国重实验室自主课题基金和杭州师范大学人才启动基金的资助。
作者介绍
第一作者 王莹（后排左2）：杭州师范大学基础医学院2022级研究生，细胞生物学专业。
共同第一作者 郝万山（前排左1）：杭州师范大学基础医学院2022级研究生，细胞生物学专业。
通讯作者 程凯莹（后排中间）：杭州师范大学基础医学院教授，博士生导师。2016年于浙江大学获博士学位，2016年至2020年于帝国理工学院从事博士后研究，于2021年入职杭州师范大学。目前主要的研究方向是细菌的DNA复制及损伤修复机制，主要涉及相关通路上核酸酶、解旋酶、聚合酶、重组酶等酶类的生物学功能、生化活性及蛋白结构研究。已在Nature Structural & Molecular Biology、Nucleic Acids Research、Elife、mBio、BMC biology等SCI期刊发表相关论文20余篇（其中第一作者或通讯作者发表论文12篇），主持多项国家自然科学基金和省自然科学基金。
其余作者：课题组研究生郭子铭（前排右2）、孙亦阳（后排右1）、吴俣（后排左1）、孙玉康（前排右1）、高天问（前排左2），临床医学本科生罗芸、金李赞，以及课题组杨婕妤老师（后排右2）也参与了本项研究。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae451
