生物通报道  近日北京大学化学与分子工程学院和多伦多大学的研究人员在国际著名期刊《美国科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“Structural basis for recognition of AT-rich DNA by unrelated xenogeneic silencing proteins”的研究论文，解析了原核细胞中的H-NS 和 Lsr2蛋白特异性靶向识别外源DNA序列AT富集区的结构机制。

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来自北京大学化学与分子工程学院的夏斌教授及多伦多大学分子遗传与微生物系刘军教授为这一论文的共同通讯作者。夏斌教授早年毕业于北京大学生物系，现任北京大学生命科学学院及化学与分子工程学院教授，北京核磁共振中心主任兼首席科学家。近年主要的研究方向是利用核磁共振（NMR）技术，结合其他生物化学及分子生物学手段，研究生物大分子结构及相互作用，以期理解其结构-功能关系，揭示作用的分子机理。

Lsr2是一种在分枝杆菌中普遍存在并高度保守的组蛋白样DNA结合蛋白，对于基因表达具有广泛的调控作用。过去的研究表明Lsr2偏好性地与DNA序列AT富集区结合而改变其构象，并通过Lsr2蛋白单体之间的聚合是DNA呈现环状，从而抑制基因的表达。由于分枝杆菌DNA的高GC含量，Lsr2的基因表达抑制作用更倾向于外源DNA。

Lsr2的发现及部分功能的揭示很大程度上依赖于另一个同功蛋白H-NS的类比。H-NS是一个广泛存在于大肠杆菌等革兰氏阴性菌中的DNA结合蛋白，其高级结构与功能表现出与Lsr2极大的相似性，然而二者在DNA和蛋白质一级结构水平的同源性却很低。一直以来研究人员对于这两个异源基因沉默子特异性识别DNA序列AT富集区的机制仍不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员利用高分辨率蛋白质结合微点阵技术分析了H-NS、 Lsr2蛋白与DNA序列的结合偏性，并利用磁共振技术对两种蛋白C-末端DNA结合域的结构-功能关系进行了详细地分析。研究人员意外地发现H-NS与 Lsr2显示了相同的DNA结合机制，即通过一个包含“Q/RGR”基序的短环与对AT富集序列具有高亲和力的DNA小沟（minor groove）相互作用。研究人员证实当“Q/RGR”基序突变时可导致H-NS与 Lsr2蛋白DNA结合活性丧失。

新研究发现揭示了H-NS与 Lsr2蛋白特异性识别外源DNA序列AT富集区的的结构机制，从而为进一步了解原核细胞对抗外源DNA入侵的机制提供了有力的研究数据。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural basis for recognition of AT-rich DNA by unrelated xenogeneic silencing proteins

H-NS and Lsr2 are nucleoid-associated proteins from Gram-negative bacteria and Mycobacteria, respectively, that play an important role in the silencing of horizontally acquired foreign DNA that is more AT-rich than the resident genome. Despite the fact that Lsr2 and H-NS proteins are dissimilar in sequence and structure, they serve apparently similar functions and can functionally complement one another. The mechanism by which these xenogeneic silencers selectively target AT-rich DNA has been enigmatic. We performed high-resolution protein binding microarray analysis to simultaneously assess the binding preference of H-NS and Lsr2 for all possible 8-base sequences. Concurrently, we performed a detailed structure-function relationship analysis of their C-terminal DNA binding domains by NMR. Unexpectedly, we found that H-NS and Lsr2 use a common DNA binding mechanism where a short loop containing a “Q/RGR” motif selectively interacts with the DNA minor groove, where the highest affinity is for AT-rich sequences that lack A-tracts. Mutations of the Q/RGR motif abolished DNA binding activity. Netropsin, a DNA minor groove-binding molecule effectively outcompeted H-NS and Lsr2 for binding to AT-rich sequences. These results provide a unified molecular mechanism to explain findings related to xenogeneic silencing proteins, including their lack of apparent sequence specificity but preference for AT-rich sequences. Our findings also suggest that structural information contained within the DNA minor groove is deciphered by xenogeneic silencing proteins to distinguish genetic material that is self from nonself.

作者简介：

夏斌 博士

北京大学 生命科学学院 教授 博士生导师

北京大学 化学与分子工程学院 教授 博士生导师

北京核磁共振中心 主任兼首席科学家

Bin Xia, PH.D.

Cheung Kong Professor, Peking University

Director and Chief Scientist, Beijing NMR Center

个人简历：     
2001至今   北京核磁共振中心 主任及首席科学家
           北京大学  长江特聘教授
           北京大学 化学与分子工程学院 分析化学专业 博士生导师
           北京大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学专业 博士生导师
1997-2001  美国 The Scripps Research Institute
           分子生物学系 博士后
1989-1997  美国 University of Wisconsin-Madison  生物物理学 博士
1985-1989  北京大学 生物系 生理学及生物物理学 学士
      
研究兴趣：  利用核磁共振（NMR）技术，结合其它生物化学及分子生物学手段，研究生物大分子结构及其相互作用，以期理解其结构-功能关系，揭示其作用的分子机理。目前主要的研究对象包括细胞凋亡因子Bcl-xL、抑癌基因HREV-107家族蛋白、结核杆菌nucleoid protein Lsr2、SARS病毒主蛋白酶等。

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