LlaI抗噬菌体防御系统的结构表征揭示了McrBC限制性复合物中核苷酸特异性演化及DNA结合组织方式的奥秘

经典型 McrBC 酶是由核苷酸供能、由分子马达驱动的内切核酸酶，能够结合并切割修饰的噬菌体 DNA。非经典型 McrBC 同源蛋白（如 LlaI 和 BsuMI）具有独特的三基因组织形式，并能够对 DNA 进行位点特异性靶向。在此，我们报道了来自乳酸乳球菌（*Lactococcus lactis*）LlaI 抗噬菌体防御系统的 DNA 结合模块 LlaI.R1 和 AAA+ 分子马达 LlaI.R2 的原子分辨率晶体结构。结晶得到的 LlaI.R2 六聚体捕获了两种不同的活性位点构象，这些构象分别对应核苷酸水解循环的不同状态，并揭示了经典型 McrB 同源蛋白中存在的关键催化机制组织形式在非经典型 R2 蛋白中同样得以保留。尽管经典型 McrB 同源蛋白严格特异于 GTP，我们发现 LlaI 和 BsuMI 来源的 R2 蛋白并不区分不同的核苷酸，即使它们分别与各自的 R1 伴侣蛋白形成复合物时也是如此。通过突变分析，我们确定了 LlaI.R1 结构中对 DNA 结合以及与 LlaI.R2 相互作用至关重要的表面。这些观察结果为对组装后结合 DNA 的 LlaI 限制系统进行计算建模提供了支持。总体而言，本研究数据为 McrBC 限制复合物中核苷酸特异性的演化，以及调控 McrBC 催化 DNA 易位与切割的分子机制，提供了新的认识。

经典McrBC酶是由核苷酸供能、马达驱动的核酸内切酶，能够结合并切割经修饰的噬菌体DNA。非经典McrBC同源蛋白，如LlaI和BsuMI，则具有独特的三基因组织形式，并能够实现DNA位点特异性靶向。在此，我们报道了来自乳酸乳球菌（*Lactococcus lactis*）LlaI抗噬菌体防御系统的DNA结合模块LlaI.R1和AAA+马达LlaI.R2的原子分辨率晶体结构。结晶得到的LlaI.R2六聚体捕获了两种不同的活性位点构象，这些构象分别对应于核苷酸水解循环的不同状态，并揭示了经典McrB同源蛋白中存在的关键催化机制组分的组织方式，在非经典R2蛋白中同样得到保留。尽管经典McrB同源蛋白严格特异于GTP，我们发现，即使与各自的R1配偶蛋白形成复合物，LlaI和BsuMI来源的R2蛋白也不区分不同的核苷酸。通过诱变实验，我们确定了LlaI.R1结构中对DNA结合以及与LlaI.R2相互作用至关重要的表面。这些观察结果为对结合DNA的组装态LlaI限制系统进行计算建模提供了支持。总体而言，本研究数据为McrBC限制复合物中核苷酸特异性的演化，以及调控McrBC催化DNA易位与切割的分子机制，提供了新的认识。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.31.748284v1?rss=1

🏷️ LlaI抗噬菌体防御系统 McrBC限制性复合物 AAA+分子马达 DNA结合与切割 核苷酸特异性演化