2026年5月4日，合肥综合性国家科学中心大健康研究院前沿交叉科学与生物医学研究所张凯铭/李珊珊团队在Nature Communications杂志发表题为“Dynamic monomer-dimer transition regulates DNA-guided RNA cleavage by MbpAgo”的文章，系统解析了来自泥栖黏杆菌（Mucilaginibacter paludis）的MbpAgo的多状态结构。研究发现该原核长Ago能够切割具有复杂结构的病毒RNA，并且还具备使用短双链引导DNA精准切割靶标RNA的切割功能。这项研究发现为Ago蛋白家族切割靶标核酸链提供了新的调控机制，为开发可编程的RNA靶向工具提供了结构基础。

研究背景

Argonaute（Ago）蛋白是一类高度保守的核酸引导蛋白，广泛存在于原核生物、真核生物、古菌中。Ago蛋白通过15-30 nt寡核苷酸引导链识别并切割互补核酸。与仅依赖RNA引导的真核Ago（eAgo）不同，原核Ago（pAgo）可灵活利用DNA或RNA引导链靶向DNA或RNA，具有更广泛的底物兼容性和应用潜力。根据结构特征，原核Ago蛋白可分为三大类：长型A（Long Ago A），具有完整的N端、PAZ、MID和PIWI结构域；长型B（Long Ago B），类似长A型，但某些结构域有所差异；短型Ago（Short Ago），缺乏N端和PAZ结构域。然而，目前多数pAgo（如TtAgo、PfAgo）来源于嗜热菌，需在≥65℃条件下发挥活性，且难以直接作用于未解旋的双链DNA，显著限制了其在生理条件下的应用。

近年来，原核长Ago蛋白研究逐渐聚焦于嗜中温pAgo（20-45℃）。新发现的长A型pAgo（如MbpAgo、PliAgo）能够利用DNA引导链高效切割RNA。其中，MbpAgo表现出更优特性：对引导链5'端磷酸化依赖性低，耐受引导链与靶标之间的错配，并可在常温下靶向切割高度结构化RNA。高度结构化RNA在基因表达调控和病毒生命周期中发挥关键作用，例如核糖开关及病毒基因组中的保守结构元件。MbpAgo高效切割结构化RNA的特性，突显了其作为RNA结构探究工具及抗病毒策略的巨大潜力。

切割机制的结构解谜

为了揭示MpbAgo发挥功能的结构机制，研究团队通过冷冻电镜技术成功解析了MbpAgo在单体（apo）、二元和三元复合物（2.55 ?）状态下的冷冻电镜结构。Apo状态的结构揭示了一个保守的双叶型骨架，其PIWI和MID结构域内存在独特的插入序列，用于稳定催化构象。在结合gDNA后，MbpAgo会形成二聚体，该二聚体由多个蛋白质-蛋白质相互作用界面，以及一个桥接在PAZ和MID结构叶之间的辅助性类核酸密度所共同稳定。这种辅助性的核酸相互作用协同了gDNA的结合与二聚体的稳定，从而支持MbpAgo的活性；其中，二聚化对于使用双链DNA向导进行的高效切割尤为重要。

靶标RNA的结合会诱导形成DNA-RNA杂交双链，并引发构象变化导致二聚体解聚，促使MbpAgo恢复为具备活性的单体形式。该活性单体能够切割结构化的病毒RNA，例如SARS-CoV-2的5'UTR和HIV-1的CES区。这些发现表明，动态的“单体-二聚体”转换既是MbpAgo的调控机制，也是其为了处理衍生自dsDNA的向导而产生的一种进化适应，这为开发可编程的RNA靶向工具提供了结构基础。

图注：a，MbpAgo-gDNA复合物的冷冻电镜密度图与原子模型（各结构域以不同颜色标示）。b，二聚化界面处的额外冷冻电镜密度。黑色方框标示了gDNA之间的额外密度，其局部放大视图见图（d）。c，DNase I足迹实验。d，MbpAgo-gDNA复合物中，gDNA之间的辅助性类核酸密度。e, 辅助性类核酸密度附近的碱性氨基酸残基。f，MbpAgo的工作模型图。 

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72747-4