JEOL 冷冻电镜助力研究者解析细菌新型免疫系统的激活机制

近日,天津医科大学张恒团队联合中国科学院武汉病毒所邓增钦团队及湖北大学李壮团队在Cell Research期刊上发表了题为Structural insights into mechanisms of Argonaute proteinassociated NADase activation in bacterial immunity的研究论文。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）在细胞代谢途径中处于中心地位，其耗竭会导致细胞休眠或程序性细胞死亡。近期,研究者在细菌中发现一类Argonaute蛋白(pAgo)可以和具有NADase酶活性的TIR-APAZ融合蛋白相互作用并抵抗入侵的外源DNA。然而，该复合物发挥功能的具体机尚不清楚。该合作团队首先通过体外生化实验验证了TIR-APAZ/Ago在apo状态下和guide RNA（gRNA）存在的情况下形成二聚体，且复合物中的TIR结构域无催化活性，但在gRNA和target DNA (tDNA)同时存在时可以有效地水解NAD+。

该团队随后利用CRYO ARM 300成功解析了TIR-APAZ/Ago复合物在激活状态下的高分辨率结构。

通过结构发现TIR-APAZ/Ago系统在引入gRNA和tDNA后，TIR-APAZ/Ago异源二聚体会通过TIR结构域形成“蝴蝶形”的四聚体结构，两个Ago分子与APAZ结构域结合成对称的头对头二聚体，形成蝴蝶的翅膀。两个翅膀及其各自的TIR结构域再以不对称的方式组成不对称的四聚体。同一翅膀中的两个TIR-APAZ/Ago单元具有不同的构象，分别称为A/A''和B/B''单位。其中A和A''单元中TIR的βB-αB loop (BB-loop)被相邻的TIR结构域固定并暴露出催化口袋从而允许底物进入活性位点，这从结构上为其酶活力激活机制提供了解释。这项工作解析了Ago/NADase系统的第一个高分辨率结构，为细菌免疫中NAD+耗竭机制的进一步研究和将该系统改造成快速精准的病毒检测工具奠定了基础。

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00839-7