原核生物和真核生物Argonaute酶的主要區別

　　Argonaute蛋白（Ago）是一類龐大的蛋白質家族，是組成RISC復合物的主要成員。在進化過程中演變出了各種亞科蛋白。這些亞科蛋白可以識別各種不同類型的小RNA分子，從而在各種小RNA沉默途徑中發揮作用。

　　酶有明確的活性位點，與底物分子復雜地結合。這通常伴隨催化反應發生前的酶構象變化。對Ago酶來說，催化步驟需要插入一個“谷氨酸指”來形成插入式的催化構象，這種構象可以通過由兩個對稱的帶正電荷殘基提供的氫鍵網絡來穩定。

　　真核生物的Ago酶，這兩個對稱帶正電荷的殘基起著相同的作用，對分裂至關重要。因此，長期以來人們推測這兩種類似物在原核生物的分裂功能中起著同樣的關鍵作用。

　　令人驚訝的是，新研究顯示，原核生物Ago（pAgo），兩個殘基中只有一個（精氨酸545）參與了分裂功能。當另一種（精氨酸486）被其他氨基酸取代時，這種酶仍能保持其分裂活性。基于這些結果，進一步研究表明，R486可能發揮其他作用，如協助插入谷氨酸指。真核Ago（eAgos）和pAgo如此顯著的差異的發現，為我們提供了一個新的見解——在從原核生物到真核生物的進化過程中，分裂功能是如何演變的。

　　為了得到這些結果，應用量子力學、分子力學和分子動力學（QM/MM）相結合的計算方法，闡明了氨基酸殘基的分裂反應機理和功能作用。這項研究是通過大規模的高性能計算資源實現的，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的Shaheen二代超級計算機加上Xin GAO教授團隊的合力計算，相當于10000個CPU，持續25周。

　　HUANG Xuhui教授說：“這項研究之所以成為可能，是出于目前的計算能力和QM/MM建模所允許的精度。”

　　比較哪些氨基酸殘基在pAgo和eAgo的靶DNA/RNA裂解步驟中起關鍵作用，揭示了蛋白質是如何從原核生物進化到真核生物，進而裂解DNA/RNA的。黃教授解釋說，這些信息可能有助于最終修飾Ago蛋白，以用作增強型基因編輯工具。