2023年10月2日，中国医学科学院病原生物学研究所崔胜研究团队在Nature《自然》杂志在线发表了题为“Nucleic acid-triggered NADase activation of a short prokaryotic Argonaute”（核酸触发的一种原核生物短Argonaute系统的NAD酶激活机制）的论文。
与高等生物类似，原核生物同样具有“天然免疫系统”，能抵御噬菌体感染。因此，揭示原核生物的抗病毒天然免疫机制有助于理解高等生物抗病毒免疫的起源和进化。Argonaute (Ago) 蛋白不但存在于真核生物，还广泛存在于细菌和古菌中。真核Ago（eAgo）蛋白参与RNA干扰，基因表达调控以及病毒防御。原核Ago（pAgo）分为长-pAgo和短-pAgo两类。长-pAgo和eAgo功能相似，通过识别外源RNA或DNA靶序列降解入侵核酸分子，但短-pAgo的作用机制未知，是国际科学竞争的热点。崔胜研究团队围绕一种古菌的短-pAgo：“Crt-SPARTA”开展了长期研究。他们利用冷冻电镜技术成功捕获了Crt-SPARTA激活过程5个中间态的高分辨率结构：（1）空载Crt-SPARTA，3.27埃；（2）RNA-DNA结合Crt-SPARTA，3.27埃；（3）2种不同的RNA-DNA-Crt-SPARTA二聚体构象，3.49 和3.5埃；（4）激活状态RNA-DNA-Crt-SPARTA四聚体，3.41埃（图1）。
图1.Crt-SPARTA激活过程的系列冷冻电镜结构
这些电镜结构呈现了Crt-SPARTA如何识别核酸靶分子，核酸靶分子如何诱导Crt-SPARTA二聚体及四聚体的形成并激活Crt-SPARTA的TIR多聚体的组装，如何最终激活Crt-SPARTA的NAD酶活性，导致细胞死亡的结构动态变化全过程。随后，研究人员通过大量的功能实验验证了冷冻电镜结构，提出了Crt-SPARTA识别外源核酸入侵，激活宿主抗病毒免疫防御的分子模型（图2）。这些研究结果为新型基因编辑技术，基因检测技术以及药物研发提供了重要理论支持。
图2.核酸诱导的Crt-SPARTA激活的工作模型
该研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程(2021-I2M-1-037)、国家自然科学基金(81971985，82272308，81572005 )等项目的资助。中国医学科学院病原生物学研究所崔胜研究员和中国科学院物理研究所丁玮研究员、朱洪涛研究员为论文共同通讯作者，中国医学科学院病原生物学研究所高小攀副研究员，中国科学院物理研究所尚坤，中国医学科学院病原生物学研究所博士后朱凯祥，硕士生王临岳为论文共同第一作者。
原文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06665-6
