Ферменты имеют четко определенные активные центры, которые позволяют молекуле субстрата приспосабливаться замысловато. Это часто связано с ферментативным конформационным изменением до возникновения реакции катализа. Для Ago этап катализа требует введения «глутаматного пальца» для формирования каталитической подключенной конформации, которую можно стабилизировать за счет сетей водородных связей, образованных двумя симметричными положительно заряженными остатками.
Для Ago у эукариот эти два симметричных положительно заряженных остатка играют ту же самую роль, которая имеет решающее значение для расщепления. Следовательно, долгое время предполагалось, что два аналогичных участка в прокариотическом Ago выполняют одну и ту же критическую роль в функции расщепления. Неожиданно это исследование показало, что в pAgo только один (аргинин 545) из двух остатков участвует в функции расщепления. Когда другой (аргинин 486) был заменен другими аминокислотами, фермент все еще был способен поддерживать свою расщепляющую активность. Основываясь на этих результатах, исследование также предположило, что R486 может играть другие роли, например, помогать вставлять глутаматный палец. Открытие таких поразительных различий в роли этих симметричных резидентов между eAgos и pAgos дает новое представление о том, как функции расщепления эволюционируют на пути эволюции от прокариот к эукариотам.
Для достижения этих результатов были применены вычислительные методы, сочетающие квантовую механику, молекулярную механику и молекулярную динамику (QM/MM), чтобы выяснить механизм реакции расщепления и определить функциональную роль аминокислотных остатков. Это исследование стало возможным благодаря крупномасштабным высокопроизводительным вычислительным ресурсам, которые были рассчитаны эквивалентно 10 000 ядер ЦП в течение 25 недель на суперкомпьютере Shaheen II в KAUST в сотрудничестве с группой профессора Синь Гао.
«Это исследование стало возможным благодаря современным вычислительным возможностям и точности, которую обеспечивает моделирование QM/MM», - сказал профессор HUANG Xuhui. «Сравнение аминокислотных остатков, играющих ключевую роль на этапе расщепления ДНК/РНК-мишени в pAgo и eAgo, проливает свет на то, как белок Ago эволюционирует от прокариот к эукариотам, чтобы расщеплять ДНК/РНК. Эта информация может быть полезна для окончательной модификации белка Ago. для использования в качестве расширенного инструмента редактирования генов в будущем», - пояснил профессор Хуанг.