A programmable omnipotent Argonaute nuclease from mesophilic bacteria Kurthia massiliensis

生物 阿尔戈瑙特 核糖核酸 DNA 核酸酶 非编码RNA RNA依赖性RNA聚合酶 核酸 细胞生物学 分子生物学 生物化学 小干扰RNA 基因
作者
Yang Liu,Wenqiang Li,Xiaoman Jiang,Yaping Wang,Zhiwei Zhang,Qi Liu,Ruyi He,Quan Chen,Jun Yang,Longyu Wang,Fei Wang,Lixin Ma
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:49 (3): 1597-1608 被引量:98
标识
DOI:10.1093/nar/gkaa1278
摘要

Argonaute (Ago) proteins are conserved nucleic acid-guided proteins present in all domains of life. Eukaryotic Argonaute proteins (eAgos) are key players in RNA interference pathways and function as RNA-guided RNA endonucleases at physiological temperatures. Although eAgos are considered to evolve from prokaryotic Argonaute proteins (pAgos), previously studied pAgos were unable to catalyze RNA-guided RNA cleavage at physiological temperatures. Here, we describe a distinctive pAgo from mesophilic bacteria Kurthia massiliensis (KmAgo). KmAgo utilizes DNA guides to cleave single-stranded DNA (ssDNA) and RNA targets with high activity. KmAgo also utilizes RNA guides to cleave ssDNA and RNA targets at moderate temperatures. We show that KmAgo can use 5' phosphorylated DNA guides as small as 9-mers to cut ssDNA and RNA, like Clostridium butyricum Ago. Small DNA binding confers remarkable thermostability on KmAgo, and we can suppress the guide-independent plasmid processing activity of empty KmAgo by elevating the DNA guide loaded temperature. Moreover, KmAgo performs programmable cleavage of double-stranded DNA and highly structured RNA at 37°C. Therefore, KmAgo can be regarded as a DNA-guided programmable omnipotent nuclease for cleaving most types of nucleic acids efficiently. This study broadens our understanding of Ago proteins and could expand the pAgo-based DNA and RNA manipulation toolbox.

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