科學(xué)家揭示抗噬菌體侵染的分子機(jī)理
1月29日，中國科學(xué)院生物物理研究所衛(wèi)濤濤研究組聯(lián)合深圳灣實(shí)驗(yàn)室馬軍研究組及生物物理研究所章新政、許文青研究組在《自然-通訊》發(fā)表研究論文，報(bào)道了Gabija八聚體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，闡明了Gabija系統(tǒng)發(fā)揮免疫防御作用的分子機(jī)制。該項(xiàng)研究被《自然-通訊》編輯遴選為精選文章，并作為編輯亮點(diǎn)推薦。
Gabija基因在已測(cè)序細(xì)菌和古菌基因組中的出現(xiàn)率超過15%，是原核生物中最常見的抗噬菌體防御系統(tǒng)之一。然而，Gabija系統(tǒng)分子機(jī)器的組裝形式及其保護(hù)原核生物免受噬菌體侵染的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍有待揭示。
該研究發(fā)現(xiàn)Gabija復(fù)合物具有序列特異性的DNA內(nèi)切酶活性，并更傾向于選擇環(huán)狀DNA作為底物，且其內(nèi)切酶活性對(duì)核苷酸濃度的響應(yīng)比單獨(dú)的GajA蛋白更敏感。基于冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析及生化實(shí)驗(yàn)，該研究提出了Gabija免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗病毒作用的模型：在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的NTP和dNTP濃度較高，抑制了Gabija復(fù)合物的核酸內(nèi)切酶活性；而在噬菌體入侵、病毒DNA高強(qiáng)度復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的NTP和dNTP耗竭，迅速激活Gabija復(fù)合物，該復(fù)合物首先切割環(huán)狀DNA以抑制噬菌體DNA復(fù)制，進(jìn)而阻斷噬菌體擴(kuò)增。
綜上，該項(xiàng)研究與近期發(fā)表的其他工作共同揭示了Gabija系統(tǒng)感知噬菌體入侵的分子機(jī)制及其切割DNA底物的偏好選擇，并為探索宿主抗噬菌體免疫及噬菌體免疫逃逸的“軍備競(jìng)賽”提供了新的研究方向。此外，Gabija系統(tǒng)也有望為分子生物學(xué)工具酶的研發(fā)提供重要的結(jié)構(gòu)和生化基礎(chǔ)。
中國科學(xué)院生物物理研究所研究員衛(wèi)濤濤、深圳灣實(shí)驗(yàn)室研究員馬軍和生物物理研究所副研究員霍艷武為論文的共同通訊作者，副研究員霍艷武、高級(jí)工程師孔令斐和博士研究生張葉為論文的共同第一作者。生物物理研究所研究員章新政對(duì)冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析提供了重要指導(dǎo)，華中科技大學(xué)成銳博士和生物物理研究所副研究員高藝娜為噬菌體實(shí)驗(yàn)提供了支持與幫助。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委重大研究計(jì)劃、基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目的資助。
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https://doi.org/10.1038/s41467-024-45173-7
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