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【DeepSeek专栏】Nature | 噬菌体的蛋白质“入核”机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-02-12 17:30

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近年来，科学家在感染革兰氏阴性菌的巨型噬菌体（如ΦKZ类）中发现了一种独特的蛋白质核结构。这类结构类似真核生物的细胞核，能够隔离宿主抗噬菌体系统（如CRISPR-Cas），并将DNA复制和转录限制在核内，而翻译过程则在细胞质中进行。然而， 噬菌体如何选择性将自身及宿主蛋白输入核内，其分子机制长期未知。 这一问题的解答不仅关乎噬菌体生物学的基础认知，也为开发靶向噬菌体核运输的新型抗菌策略提供可能。

2025年2月5日，加州大学旧金山分校 Joseph Bondy-Denomy 团队在 Nature 上发表了文章 Multi-interface licensing of protein import into a phage nucleus ，通过遗传筛选与分子互作分析， 系统性鉴定了ΦKZ噬菌体核蛋白输入的关键因子及其工作机制。

该研究主要有以下发现：

核心输入因子Imp1的多接口特性：通过构建噬菌体核定位蛋白与限制性内切酶EcoRI的融合系统，施加选择压力筛选出输入缺陷突变体。结果显示，Imp1 （gp69）是核输入的核心枢纽，其不同位点突变分别影响不同货物蛋白（如Nlp2、Nlp3、Nlp4、Imp2及宿主拓扑异构酶TopA）的输入。AlphaFold2结构预测表明，Imp1表面存在多个功能界面，与不同货物特异性结合，类似真核生物的核输入受体，但机制更为独特。
辅助因子的协同作用：除Imp1外，研究鉴定了Imp3 （gp59）、Imp6 （gp67）等保守蛋白。Imp3对Imp1功能起调控作用，而Imp6与Imp1物理互作，形成核周复合物。宿主TopA的输入还需非保守蛋白Imp4 （gp48）和Imp5 （gp287）参与，提示部分输入路径具有噬菌体株系特异性。
宿主蛋白的主动招募：宿主拓扑异构酶TopA被噬菌体主动输入核内以辅助DNA复制。其输入依赖Imp1-Imp3核心系统及Imp4/Imp5适配蛋白，显示噬菌体通过“劫持”宿主因子优化自身复制环境的策略。

该研究首次揭示了噬菌体核蛋白输入的多层次调控机制：核心因子Imp1通过多接口识别不同货物，辅以Imp3、Imp6等调控复合物稳定性，而适配蛋白（如Imp2、Imp4/Imp5）则增强输入特异性。这一机制兼具保守性与灵活性——Imp1/Imp3/Imp6在多种核形成噬菌体中高度保守，而适配蛋白的多样性可能反映不同噬菌体对宿主环境的适应性进化。 该研究不仅填补了噬菌体区室化运输的理论空白，其揭示的多接口识别模式为人工设计跨膜运输系统提供了新思路。 未来，解析Imp1-货物复合物的蛋白结构及运输的动态过程，将进一步完善这一独特生物机制的全景图。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08547-x

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