极端嗜热古菌小分子核酸结合蛋白的研究

古菌是与细菌、真核生物并列的第三种生命形式，多生活于极端自然环境。极端嗜热古菌富含小分子、碱性核酸结合蛋白。本项目拟在前期研究的基础上，以冰岛硫化叶菌为主要材料，采用生物化学、遗传学、结构生物学、组学等手段，围绕三类小分子核酸结合蛋白，即Cren7、Sis7d（Sul7d家族蛋白）和Sis10b（Sac10b家族蛋白），开展以下工作：一、Cren7/Sis7d与染色体组织包装：重点研究Cren7和Sis7d固定DNA负超螺旋及压缩包装DNA的分子机制；二、Cren7/Sis7d与DNA复制和转录：重点研究Cren7和Sis7d对DNA复制和转录的影响以及两类蛋白生理功能的差异；三、Sis10b与RNA稳定性及翻译：重点研究Sis10b对RNA二级结构的影响以及在翻译过程中的作用。研究目标是，揭示上述小分子核酸蛋白在硫化叶菌遗传信息储存、传递和表达过程中的作用以及对这些过程热适应性的贡献。

本项目以硫化叶菌三类小分子核酸结合蛋白（Cren7、Sis7和Sis10b）为对象，研究它们在遗传信息储存、传递和表达过程中的作用及其机制以及对这些过程热适应性的影响。主要研究成果如下：（1）确定Cren7和Sis7定位于拟核中，而Sis10b则主要分布于胞质中；（2）合作解析了多个Cren7与长片段双链DNA复合物的晶体结构，发现Cren7分子以头尾相接的方式排列在DNA小沟的两侧，将DNA包装成S形，但不改变DNA链的长度；（3）L28与R51对Cren7改变DNA构象非常重要；Sis7采用类似的机制固定DNA负超螺旋；（4）Cren7与Sis7在体外可以压缩包装DNA，而Ssh10b则无此作用；（5）发现Cren7与Sso7d（Sis7的同源蛋白）抑制PolB1的DNA、而非RNA链取代活性；（6）合作解析了Ssh10b与含不配对区双链RNA的复合物结构，结合突变实验，确定了Ssh10b参与构成核酸结合界面以及蛋白质二体与二体相互作用界面的关键残基；（7）发现结合Ssh10b会降低RNA二级结构和三级结构的稳定性；（8）分离、鉴定了催化Cren7、Sis7等硫化叶菌蛋白甲基化的蛋白质赖氨酸甲基转移酶，命名为aKMT；（9）合作解析了aKMT与腺苷甲硫氨酸SAM复合物的晶体结构；（10）发现aKMT基因是非必需基因；（11）发现了Sis10b蛋白的K16存在甲基化修饰；（12）发现Sis10b蛋白K16的甲基化及乙酰化修饰对菌体生长无明显影响。上述结果丰富了对于硫化叶菌中三类小分子核酸结合蛋白生化性质和生理功能的认识。