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古菌中的染色体分离:SegA-和 SegB-DNA 复合物结构为 segrosome 组装提供了线索。

Chromosome segregation in Archaea: SegA- and SegB-DNA complex structures provide insights into segrosome assembly.

机构信息

Institute of Bioinformatics and Structural Biology, National Tsing Hua University, Hsinchu 300, Taiwan.

Institute of Molecular Biology, Academia Sinica, Taipei 115, Taiwan.

出版信息

Nucleic Acids Res. 2021 Dec 16;49(22):13150-13164. doi: 10.1093/nar/gkab1155.

Abstract

Genome segregation is a vital process in all organisms. Chromosome partitioning remains obscure in Archaea, the third domain of life. Here, we investigated the SegAB system from Sulfolobus solfataricus. SegA is a ParA Walker-type ATPase and SegB is a site-specific DNA-binding protein. We determined the structures of both proteins and those of SegA-DNA and SegB-DNA complexes. The SegA structure revealed an atypical, novel non-sandwich dimer that binds DNA either in the presence or in the absence of ATP. The SegB structure disclosed a ribbon-helix-helix motif through which the protein binds DNA site specifically. The association of multiple interacting SegB dimers with the DNA results in a higher order chromatin-like structure. The unstructured SegB N-terminus plays an essential catalytic role in stimulating SegA ATPase activity and an architectural regulatory role in segrosome (SegA-SegB-DNA) formation. Electron microscopy results also provide a compact ring-like segrosome structure related to chromosome organization. These findings contribute a novel mechanistic perspective on archaeal chromosome segregation.

摘要

基因组分离是所有生物的一个重要过程。在古菌(生命的第三个域)中,染色体的分配仍然不清楚。在这里,我们研究了来自嗜热硫化叶菌的 SegAB 系统。SegA 是一种 ParA Walker 型 ATP 酶,SegB 是一种特定于位点的 DNA 结合蛋白。我们确定了这两种蛋白质以及 SegA-DNA 和 SegB-DNA 复合物的结构。SegA 结构揭示了一种非典型的新型非夹层二聚体,它可以在有或没有 ATP 的情况下结合 DNA。SegB 结构揭示了一种通过该结构蛋白特异性结合 DNA 的 ribbon-helix-helix 基序。多个相互作用的 SegB 二聚体与 DNA 的结合导致更高阶的染色质样结构。未结构化的 SegB N 端在刺激 SegA ATP 酶活性方面发挥着重要的催化作用,并在 segrosome(SegA-SegB-DNA)形成中发挥结构调节作用。电子显微镜结果还提供了与染色体组织相关的紧凑环形 segrosome 结构。这些发现为古菌染色体分离提供了一种新颖的机制视角。

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