毒素抗毒素系统DarTG可逆的催化DNA发生ADP核糖化

本文为阅读“Jankevicius G, Ariza A, Ahel M, et al. The Toxin-Antitoxin System DarTG Catalyzes Reversible ADP-Ribosylation of DNA[J]. Molecular Cell, 2016, 64(6):1109-1116.”的读后感。作者：于霞

    毒素抗毒素（TA）系统在原核细胞生物中普遍存在，和细菌的生物进化密切相关，它包括细菌基因组的稳定、细菌生物膜形成和持留菌的形成等。典型的TA系统包括一个毒蛋白和一个与之拮抗的抗毒蛋白，这个抗毒蛋白可以是蛋白也可以是非编码RNA。在特定环境条件下，如营养条件恶劣、低氧、高温等，不稳定的抗毒素很快会被降解，活性的毒素释放出来靶点到细胞周期特定的过程中。毒素引起的生长抑制通常是可逆的，当加入足量的抗毒蛋白后，生长抑制会被解除。在细菌中，尤其是致病菌中含有多对TA系统，其毒蛋白毒性以及抗毒蛋白的解毒机制也是多种多样的。

DarTG是细菌中高度保守的TA系统，在大肠杆菌、栖热水生菌以及致病菌结核分枝杆菌中都存在。本研究以栖热水生菌DarTG为研究对象，证实DarTG是一对II型TA系统蛋白，毒蛋白DarT和抗毒蛋白DarG有直接相互作用。其中，毒蛋白DarT的作用机制是在NAD存在的情况下，将NAD中核糖化的ADP部分转移到含有特定序列“TNTC”的单链DNA上，从而激发细菌的SOS反应和其他途径来抑制细菌DNA复制，进而抑制细菌生长。抗毒蛋白DarG则是通过逆转毒蛋白DarT催化DNA的ADP核糖化，从而达到解毒的目的。同时，该研究也解析了结核分枝杆菌和栖热水生菌抗毒蛋白DarG macrodomain（已经证实具有去除DNA的ADP核糖化功能） 结构，发现该类蛋白结构高度保守，与之前研究报道的macrodomain蛋白结构高度相似。最后，该研究验证了DarTG在结核分枝杆菌中存在相似的毒性和解毒机制，这为以TA系统为靶点的抗结核药物研发提供依据。