F质粒TraI同源二聚体冷冻电镜结构揭示细菌接合启动的协同调控机制

《Nature Communications》：Relaxase asymmetry drives initiation of bacterial conjugation

　　

摘要

细菌接合作用促进了水平基因转移，并加速了抗生素抗性的传播。在F质粒系统中，双功能蛋白Relaxase-Helicase TraI通过其转酯酶活性切割质粒DNA，随后通过其解旋酶结构域使质粒解旋从而启动转移过程。先前的研究表明两种TraI分子会协同作用，但它们的活动在空间和时间上是如何协调的尚不清楚。在这里，我们报道了一种功能不对称的TraI同源二聚体的冷冻电镜结构，并发现二聚体的形成主要依赖于单链DNA。当一个TraI分子在转移位点引发DNA双链解离时，另一个TraI分子能够将其解旋酶成分加载到完整的质粒转移链上。尽管转酯酶结构域本身具有活性，但宿主因子IHF会抑制切割过程，直到解旋酶成分被加载。这些发现揭示了一个调控机制，将DNA切割与解旋酶的结合过程联系在一起，从而构成了启动接合DNA处理过程的一致性机制。