科學家揭示抗噬菌體侵染的分子機理
1月29日，中國科學院生物物理研究所衛(wèi)濤濤研究組聯(lián)合深圳灣實驗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，報道了Gabija八聚體復合物的結構，闡明了Gabija系統(tǒng)發(fā)揮免疫防御作用的分子機制。該項研究被《自然-通訊》編輯遴選為精選文章，并作為編輯亮點推薦。
Gabija基因在已測序細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)分子機器的組裝形式及其保護原核生物免受噬菌體侵染的結構基礎仍有待揭示。
該研究發(fā)現(xiàn)Gabija復合物具有序列特異性的DNA內切酶活性，并更傾向于選擇環(huán)狀DNA作為底物，且其內切酶活性對核苷酸濃度的響應比單獨的GajA蛋白更敏感。基于冷凍電鏡結構解析及生化實驗，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，細胞內的NTP和dNTP濃度較高，抑制了Gabija復合物的核酸內切酶活性；而在噬菌體入侵、病毒DNA高強度復制和轉錄時，細胞內的NTP和dNTP耗竭，迅速激活Gabija復合物，該復合物首先切割環(huán)狀DNA以抑制噬菌體DNA復制，進而阻斷噬菌體擴增。
綜上，該項研究與近期發(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工具酶的研發(fā)提供重要的結構和生化基礎。
中國科學院生物物理研究所研究員衛(wèi)濤濤、深圳灣實驗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冷凍電鏡結構解析提供了重要指導，華中科技大學成銳博士和生物物理研究所副研究員高藝娜為噬菌體實驗提供了支持與幫助。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、基金委重大研究計劃、基金委重大科研儀器研制項目的資助。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45173-7
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