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Mol Cell | 余雅梅/陈强团队揭秘“海力布”系统流产小体的抗噬菌体机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-02-26 08:21

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从微小的单细胞原核生物到复杂的多细胞真核生物，生命体在漫长的进化过程中发展了多种免疫机制来应对外来的病毒威胁。

2025年2月25日，四川大学生物治疗全国重点实验室的 余雅梅/陈强 团队在 Molecular Cell 杂志在线发表了题为 DUF4297 and HerA form aborto some to mediate bacterial immunity against phage infection 的论文， 揭秘了一种新型细菌防御系统通过耦合核酸酶和ATP酶的活性，高效率降解核酸来抵御噬菌体侵袭的分子机制。

细菌的“流产感染”机制

这一防御系统由两种关键蛋白组成：DUF4297和HerA。DUF4297含有能够降解核酸的Cap4结构域，而HerA则属于RecA家族的ATP酶，负责水解ATP为系统提供能量。当噬菌体入侵时，这两种蛋白的表达会被激活，并通过协同作用降解细菌的DNA。通过这种“自杀式”反应，感染的细胞会在噬菌体复制完成之前死亡，从而阻止噬菌体传播到其他细胞。这一机制被称为“流产感染” （abortive infection）。

灵感来自中国民间故事

“流产感染”机制让人联想到中国民间故事中的英雄人物——猎人海力布。他为了拯救村民，牺牲自己变成石像，正如细菌为保护群体而“自我牺牲”。基于这一思想，研究团队将这种防御系统命名为“海力布”，以此表示其“牺牲小我，成全大我”的抗噬菌体机制。

“绞肉机”模型：流产小体如何降解DNA

有趣的是，研究团队利用冷冻电镜技术（Cryo-EM）发现，DUF4297和HerA能够组装成一个巨大的复合物，12个DUF4297分子和6个HerA分子紧密结合，研究团队将其命名为“ 流产小体 ” （abortosome）。 这种结构与动物的“凋亡小体”、“炎症小体”或植物的“抗性小体”极为相似。 这一研究提示我们，从细菌到高等生物的免疫系统在进化上可能有着共同的起源，为从进化角度理解高等生命的免疫应答提供了新的线索。

流产小体、凋亡小体、炎症小体、以及植物的抗性小体的结构比较。

通过获取不同状态的流产小体的结构，研究团队揭示了其高效降解DNA的分子机制。HerA六聚体首先通过电荷吸引将DNA引导至复合物底部，并通过ATP水解为DNA的运输提供能量。随后，DNA被转移至顶部的DUF4297十二聚体，由其中的Cap4核酸酶结构域进行降解。研究团队形象地将这一机制称为 “绞肉机”模型。

海力布流产小体降解DNA的分子机制

该研究揭示了“海力布”流产小体如何通过协同作用消灭入侵的噬菌体，展示了细菌免疫机制的独特之处。这一发现不仅为抗噬菌体机制提供了新的范例，也为从进化角度理解细菌与高等生物免疫系统之间的联系提供了宝贵的视角。

这篇论文是余雅梅/陈强团队在2023年发表的另一篇相关研究“哪吒”系统（详见BioArt报道： Mol Cell | 余雅梅/陈强揭秘多功能“哪吒”系统的抗噬菌体机制）的姊妹篇。

华西医院泌尿外科博士后唐冬梅、生物治疗全国重点实验室博士研究生刘亭为本文共同第一作者，余雅梅副研究员和陈强研究员为本文共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.12.010

制版人：十一

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