噬菌体Φ29 DNA转位循环的跨亚基互作调控机制及其在环形ATP酶中的普适性意义

来自国际团队的研究人员针对病毒基因组包装过程中环形分子马达（如噬菌体Φ29）的多亚基协同难题，通过分子动力学模拟和功能突变实验，揭示了ATP水解与DNA抓取的跨亚基调控机制。该研究首次阐明相邻亚基间通过立体阻碍（steric hindrance）调控催化谷氨酸（glutamate）接近ATPγ磷酸的能垒变化，解析了转位事件顺序性维持的分子基础，为抗病毒疗法和合成分子机器设计提供了新靶点。

　　

某些病毒（如尾状噬菌体和单纯疱疹病毒）利用强大的环形分子马达将双链DNA(dsDNA)压入空的前衣壳中。噬菌体Φ29的DNA包装马达由五个ATP酶亚基组成，高分辨率结构显示这些亚基通过协同ATP水解维持DNA转位的循环顺序。最新研究发现，该马达通过跨亚基相互作用精确调控两个关键事件：ATP结合/水解与DNA抓取。

研究人员以DNA结合的亚基二聚体为模型（保留完整五聚体马达的构象特征），通过全ATP和ATP-ADP混合二聚体的分子动力学模拟发现：一个亚基的核苷酸占据状态会显著影响相邻亚基水解ATP的能力。具体而言，ATP结合的亚基通过跨亚基提供的残基，立体阻碍相邻亚基催化谷氨酸接近ATP的γ磷酸基团。当第一个亚基水解ATP转为ADP结合状态后，这种阻碍作用解除。

功能突变实验证实了这一"阻碍机制"，且该机制在Φ29近缘种中高度保守。模拟数据的互信息分析还揭示了跨亚基信号通路——通过反式作用（trans-acting）的阻碍残基，相邻亚基的结合口袋能实现动态感知与通讯。这项研究首次从原子层面阐释了病毒DNA转位事件顺序性维持的分子基础，其机制可能适用于更广泛的环形ATP酶家族，对开发靶向病毒包装马达的抗病毒药物具有重要启示。