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【科研動態(tài)】“雙劍合璧,百毒不侵”—華科大朱斌課題組首次揭示Gabija免疫機制
[ 發(fā)布日期:2023-7-24 9:11:46    閱讀次數(shù):573 ]
2023年7月21日,華中科技大學(xué)生命學(xué)院朱斌教授團(tuán)隊在微生物領(lǐng)域頂級期刊《Cell Host & Microbe》發(fā)表題為“Prokaryotic Gabija complex senses and executes nucleotide depletion and DNA cleavage for antiviral defense”的研究論文。
論文鏈接:https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(23)00265-2
DOI:https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.06.014

原核生物及其病毒之間的免疫與侵染是自然界最大規(guī)模的軍備競賽,也是生物技術(shù)的寶庫。解析清楚的原核生物免疫機制如限制修飾系統(tǒng)和CRISPR系統(tǒng)分別帶來了基因工程和基因編輯的技術(shù)革命。最近宏基因組生物信息學(xué)分析預(yù)測了大量潛在的未發(fā)掘原核生物免疫系統(tǒng),其中一個是存在于15%已測序細(xì)菌和古菌基因組之中,在自然界豐度僅次于限制修飾系統(tǒng)和CRISPR系統(tǒng)的以守護(hù)女神命名的Gabija防御系統(tǒng),僅由GajA和GajB兩個基因組成,轉(zhuǎn)入芽孢桿菌Gabija系統(tǒng)的大腸桿菌可以高效免疫各類烈性病毒的侵染,但Gabija系統(tǒng)即使對非天然宿主也完全無毒副作用,使Gabija系統(tǒng)成為自然界最廣譜高效且精簡的免疫系統(tǒng)之一。


朱斌課題組基于長期的核酸代謝酶研究基礎(chǔ)首次對Gabija系統(tǒng)分子機制開展研究。課題組2021年報道GajA是一個受NTP濃度負(fù)調(diào)控的DNA缺刻酶,病毒侵入后高強度的轉(zhuǎn)錄降低了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)NTP濃度,使GajA活性得以激活,對病毒和細(xì)菌自身DNA進(jìn)行切割(Cheng et al., 2021, Nucleic Acids Research, doi: 10.1093/nar/gkab277)。然而僅有GajA無法完成抗病毒免疫,GajB也是Gabija防御必須元件。本研究發(fā)現(xiàn)GajB是一個受DNA末端激活的A/GTP水解酶,其激活信號是具有一定長度DNA的3’末端。GajA和GajB的激活信號和反應(yīng)效果恰好互補,這兩個酶分別感知病毒的轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制起始反應(yīng),并通過反應(yīng)效果與激活信號的互補互相激活產(chǎn)生極聯(lián)放大的正反饋循環(huán),破壞細(xì)胞DNA同時清除重要代謝物A/GTP導(dǎo)致流產(chǎn)感染。GajA和GajB形成復(fù)合物以增強協(xié)同效果,但復(fù)合物中GajB的量必須低于GajA才能執(zhí)行免疫,過量的GajB會導(dǎo)致形成巨大復(fù)合物影響GajA結(jié)合DNA。二者比例通過轉(zhuǎn)錄終止機制進(jìn)行調(diào)控。兩種前所未見酶活性的巧妙配合使Gabija免疫機制顯著區(qū)別于已知免疫機制。限制修飾系統(tǒng)和CRISPR系統(tǒng)機制解析早期工作由歐美眾多實驗室完成,而 Gabija免疫核心機制由朱斌課題組通過生化手段獨立闡明。

華中科技大學(xué)生命學(xué)院博士后成銳為論文第一作者,華中科技大學(xué)為論文第一單位,華中科技大學(xué)生命學(xué)院教授朱斌與博士后成銳為通訊作者。本研究受到國家自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索項目及深圳市基礎(chǔ)研究重點項目支持。


(文章來源:www.ebiotrade.com/newsf/)
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