近日，上海科技大学生命科学与技术学院孙博课题组与合作者针对EXD2核酸酶调控RNA-DNA杂交链（RNA-DNA hybrids, RDHs）的分子机制研究取得重要进展。相关成果以“Dual and opposing roles of the EXD2 exonuclease in the resolution of RNA–DNA hybrids”为题，在国际学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上发表。该工作报道了EXD2在处理RDHs时表现出一种“兼职（moonlighting）”酶的特性，能够在“降解”和“保护”两种对立模式间切换，提出了一种新型核酸酶调控杂交链代谢的分子机制。
核酸酶是一类负责降解核酸的特异性酶。EXD2作为核酸外切酶，早期被认为主要在细胞核内参与DNA双链断裂修复及保护受压力的复制叉，随后也被报道为一种线粒体相关酶，在线粒体DNA修复和RNA翻译中发挥重要作用。孙博课题组前期研究表明，EXD2在处理短链RDHs时偏好降解其中的RNA链，这一降解通过一种与底物解链紧密偶联的核苷酸切除机制来实现的。然而EXD2在细胞内的准确定位及其处理复杂RDHs，尤其针对长链底物的具体功能仍不清楚。
本工作系统研究了EXD2与长RDHs杂交链的动态互作模式。细胞实验表明过表达的EXD2与线粒体RDHs存在共定位，并能够延缓而非加速细胞中RDHs的降解。为了进一步揭示其具体的动力学分子机制，利用荧光光镊操控技术，在体外单分子水平上展示EXD2以协同的方式与长RDHs结合，并表现出极慢且非持续性的外切核酸酶降解活性（图1左）。然而，当大量EXD2蛋白协同结合在相对松弛的RDHs上时，会驱动核酸与蛋白发生共凝聚（co-condensation）。令人意外的是，与剪切活性相反，这种共凝聚反而保护了其它核酸酶对RDHs的快速降解（图1右）。此外，研究还发现，RDHs上的损伤位点能够显著促进EXD2的结合，使得EXD2即使在低蛋白浓度下也能诱发受损RDHs发生凝聚并提供保护。
图1. EXD2在线粒体处理RDHs中的双重模式。除了缓慢降解RDHs之外，EXD2也会在特定条件下与RDHs发生共凝聚以保护底物免受其他核酸酶的降解。
该研究揭示了EXD2在处理RDHs时展现出在降解与保护之间动态切换的全新功能状态，阐明了EXD2的催化或结构活性由底物的物理机械张力状态和局部蛋白浓度所共同决定。这一成果不仅为理解EXD2在细胞内的确切功能提供了机制基础，也为探索核酸酶在维持基因组稳定性和多功能适应性调控中的作用提供了新见解。
上科大生命学院博士生胡萌、广州医科大学陈映宏博士为论文共同第一作者，孙博教授及广州医科大学刘超研究员为论文共同通讯作者，上海科技大学为论文第一完成单位。
沪公网安备 31011502006855号