温度驱动的DNA识别新策略：噬菌体T4 DexA通过构象转换区分宿主与5hmC修饰DNA

本研究揭示了噬菌体T4与宿主大肠杆菌在进化博弈中的全新攻防机制。研究人员发现噬菌体编码的核酸外切酶DexA通过温度依赖的寡聚化状态转换（二聚体-四聚体动态平衡），实现对宿主非修饰DNA和噬菌体5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)修饰DNA的精准区分。该研究不仅解析了HmC-Recognizing EXonuclease (HREX)策略的分子基础，还发现细菌通过进化出仅靶向5hmC-DNA的同源酶EcD实施反向防御，为理解宿主-噬菌体共进化提供了新视角。

　　

在微生物世界的永恒军备竞赛中，噬菌体与宿主细菌的对抗犹如一场精妙的分子博弈。噬菌体T4以其独特的DNA修饰策略著称——所有胞嘧啶均被5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)取代，并进一步糖基化形成glc-HMC。这种修饰不仅帮助噬菌体逃避宿主限制性内切酶的识别，其编码的核酸外切酶DexA还能特异性降解宿主非修饰DNA，为病毒复制提供核苷酸原料。然而长久以来，DexA如何区分宿主与自身修饰DNA的分子机制，以及细菌是否发展出相应防御策略，始终是未解之谜。

西安交通大学第一附属医院联合华中科技大学等机构的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表的研究，首次揭示了温度驱动的DexA构象转换机制。研究发现DexA在25°C倾向于形成四聚体降解宿主DNA，而在37°C则以二聚体形式特异性切割5hmC修饰的T4 DNA用于内含子归巢(intron homing)。更引人注目的是，大肠杆菌通过表达仅靶向5hmC-DNA的同源酶EcD实施"反制防御"，这种共享的HREX策略为理解宿主-噬菌体共进化提供了全新范式。

研究团队运用多项关键技术：通过SEC-MALS（尺寸排阻色谱-多角度光散射）定量不同温度下的寡聚化状态；采用X射线晶体学解析2.88 ?分辨率DexA四聚体结构；利用冷冻电镜捕获25°C与37°C下的构象差异；结合分子动力学模拟揭示5hmC识别关键残基；建立噬菌体感染生长曲线和噬斑分析评估EcD的防御效果。

温度依赖的底物偏好性
实验显示DexA在25°C对非修饰DNA展现强外切酶活性，而在37°C转为偏好5hmC-DNA。温度梯度实验表明30°C是活性转换阈值，与噬菌体在胁迫条件下抑制内含子自剪接的现象吻合。

四聚体-二聚体动态平衡
SEC-MALS测定显示DexA在25°C分子量为85.8 kDa（四聚体优势），37°C降至52.2 kDa（二聚体状态）。晶体结构揭示四聚体通过S87-D90氢键网络稳定，分子动力学模拟证实该界面在高温下解离。

关键识别机制解析
分子对接发现W152和D169通过π-π堆叠和氢键网络特异性识别5hmC。突变体DexA^W152A
/^D169A
丧失5hmC切割能力但保留非修饰DNA活性，印证了模拟结果。

细菌HREX防御系统
序列分析发现细菌DexA同源酶普遍缺失四聚化关键残基。大肠杆菌EcD（同源物）在无诱导条件下即可赋予宿主T4抗性，噬斑实验显示其防御效率高达90%。

这项研究揭示了三个重要结论：首先，DexA通过温度敏感的构象转换实现"一酶双功能"，在胁迫条件下（25°C）回收宿主资源，在适宜环境（37°C）促进遗传物质流动；其次，细菌通过表达锁定二聚体状态的DexA变体实施精准防御，证明HREX策略在进化中的双向利用；最后，DexA同源酶在83个属细菌中的广泛分布，暗示其对含修饰DNA噬菌体的广谱防御潜力。

该发现不仅为理解核酸酶的多功能化提供结构基础，其温度依赖的活性调控机制为设计智能核酸工具带来启示。从应用角度看，工程化EcD可有效控制T4污染，解决工业发酵中的噬菌体污染难题。更深远的意义在于，这项研究描绘了宿主-噬菌体在分子层面"以彼之道还施彼身"的进化图景，为抗生素替代策略的开发开辟了新思路。