综述：古菌 NurA 核酸酶：结构、催化机制以及在 DNA 双链断裂修复中的功能协同

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Archaeal NurA nuclease: structure, catalytic mechanism, and functional cooperation in DNA double-strand break repair

　　

摘要

DNA 双链断裂（DSBs）是高度细胞毒性的损伤，威胁基因组稳定性。在古菌中，NurA 核酸酶是最小 DNA 末端切除系统的核心组成部分，通过与 HerA 解旋酶和 Mre11-Rad50 复合物协同工作，产生 3′单链 DNA 尾巴用于同源重组。NurA 同源物存在于古菌和一些细菌中，但不存在于真核生物中。广泛存在的未表征 NurA 同源物分布在阿斯加德超门中，探索这些蛋白为追踪原核生物 - 真核生物过渡期间保守 DSB 修复机制的获得和丢失提供了关键的进化线索。古菌 NurA 核酸酶形成环形二聚体，并具有 5′?→?3′外切核酸酶和内切核酸酶活性。二价金属离子，尤其是 Mn²?，是古菌 NurA 核酸酶催化所必需的，并且已经鉴定出负责 DNA 结合和切割的关键氨基酸。此外，古菌 NurA 核酸酶与 HerA 解旋酶合作，形成用于 DNA 处理的连续通道。本综述总结了古菌 NurA 核酸酶的最新进展，重点关注其结构、酶活性及机制、进化关系以及在 DNA 末端切除机制中的相互作用。我们进一步强调了阿斯加德 NurA 研究中的主要知识空白，并建议对这些蛋白进行未来的生化和结构表征，以阐明 DSB 修复途径的古老进化轨迹。这些发现加深了我们对古菌 DSB 修复的理解，并为所有生命领域保守的 DSB 修复途径提供了进化线索。

要点

• 古菌 NurA 核酸酶作为具有双重酶活性的 Mn²?依赖性二聚体核酸酶发挥作用，且只有广古菌 NurA 具有特定的 M 结构域。

• 古菌 NurA 核酸酶与 HerA-Mre11-Rad50 协作完成 DSB 末端切除。

• NurA 核酸酶分布在包括阿斯加德在内的古菌和某些细菌中，但在真核生物中缺失，且源自阿斯加德的 NurA 尚未进行实验表征。