2023年10月2日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所崔勝研究團(tuán)隊(duì)在Nature《自然》雜志在線發(fā)表了題為“Nucleic acid-triggered NADase activation of a short prokaryotic Argonaute”（核酸觸發(fā)的一種原核生物短Argonaute系統(tǒng)的NAD酶激活機(jī)制）的論文。
與高等生物類似，原核生物同樣具有“天然免疫系統(tǒng)”，能抵御噬菌體感染。因此，揭示原核生物的抗病毒天然免疫機(jī)制有助于理解高等生物抗病毒免疫的起源和進(jìn)化。Argonaute (Ago) 蛋白不但存在于真核生物，還廣泛存在于細(xì)菌和古菌中。真核Ago（eAgo）蛋白參與RNA干擾，基因表達(dá)調(diào)控以及病毒防御。原核Ago（pAgo）分為長(zhǎng)-pAgo和短-pAgo兩類。長(zhǎng)-pAgo和eAgo功能相似，通過識(shí)別外源RNA或DNA靶序列降解入侵核酸分子，但短-pAgo的作用機(jī)制未知，是國(guó)際科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。崔勝研究團(tuán)隊(duì)圍繞一種古菌的短-pAgo：“Crt-SPARTA”開展了長(zhǎng)期研究。他們利用冷凍電鏡技術(shù)成功捕獲了Crt-SPARTA激活過程5個(gè)中間態(tài)的高分辨率結(jié)構(gòu)：（1）空載Crt-SPARTA，3.27埃；（2）RNA-DNA結(jié)合Crt-SPARTA，3.27埃；（3）2種不同的RNA-DNA-Crt-SPARTA二聚體構(gòu)象，3.49 和3.5埃；（4）激活狀態(tài)RNA-DNA-Crt-SPARTA四聚體，3.41埃（圖1）。
圖1.Crt-SPARTA激活過程的系列冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
這些電鏡結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了Crt-SPARTA如何識(shí)別核酸靶分子，核酸靶分子如何誘導(dǎo)Crt-SPARTA二聚體及四聚體的形成并激活Crt-SPARTA的TIR多聚體的組裝，如何最終激活Crt-SPARTA的NAD酶活性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化全過程。隨后，研究人員通過大量的功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，提出了Crt-SPARTA識(shí)別外源核酸入侵，激活宿主抗病毒免疫防御的分子模型（圖2）。這些研究結(jié)果為新型基因編輯技術(shù)，基因檢測(cè)技術(shù)以及藥物研發(fā)提供了重要理論支持。
圖2.核酸誘導(dǎo)的Crt-SPARTA激活的工作模型
該研究工作得到中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程(2021-I2M-1-037)、國(guó)家自然科學(xué)基金(81971985，82272308，81572005 )等項(xiàng)目的資助。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所崔勝研究員和中國(guó)科學(xué)院物理研究所丁瑋研究員、朱洪濤研究員為論文共同通訊作者，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所高小攀副研究員，中國(guó)科學(xué)院物理研究所尚坤，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所博士后朱凱祥，碩士生王臨岳為論文共同第一作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06665-6
