Gabija復(fù)合物是一種由GajA和GajB蛋白組成的八聚體結(jié)構(gòu)，具有抗噬菌體侵染的功能。該復(fù)合物由四個(gè)GajA蛋白和四個(gè)GajB蛋白組成，其中GajA蛋白首先形成四聚體，作為Gabija復(fù)合物核心組件；而四個(gè)GajB蛋白則以單體的形式結(jié)合在復(fù)合物的外周。

 

該研究通過大腸桿菌抗噬菌體侵染實(shí)驗(yàn)證明，單獨(dú)表達(dá)GajA蛋白或GajB蛋白均無法抵抗噬菌體的入侵，而破壞GajA蛋白和GajB蛋白的相互作用界面也明顯減弱了Gabija復(fù)合物的抗噬菌體功能。這表明4:4組裝的GajA/B復(fù)合物在抵御噬菌體侵染中起到了至關(guān)重要的作用。

 

此外，研究還發(fā)現(xiàn)Gabija復(fù)合物具有序列特異性的DNA內(nèi)切酶活性，并更傾向于選擇環(huán)狀DNA作為底物。其內(nèi)切酶活性對核苷酸濃度的響應(yīng)比單獨(dú)的GajA蛋白更敏感。GajB蛋白中ATP酶結(jié)構(gòu)域關(guān)鍵位點(diǎn)的突變能夠解除核苷酸對于Gabija復(fù)合物DNA內(nèi)切酶活性的抑制，提示GajB可作為細(xì)胞能量狀態(tài)的感受器，通過響應(yīng)胞內(nèi)核苷酸的濃度，精確調(diào)節(jié)GajA蛋白的核酸酶活性。

 

基于冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析及生化實(shí)驗(yàn)，該研究提出了Gabija免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗病毒作用的模型：在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的NTP和dNTP濃度較高，抑制了Gabija復(fù)合物的核酸內(nèi)切酶活性；而在噬菌體入侵、病毒DNA高強(qiáng)度復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的NTP和dNTP耗竭，迅速激活Gabija復(fù)合物，該復(fù)合物首先切割環(huán)狀DNA以抑制噬菌體DNA復(fù)制，進(jìn)而阻斷噬菌體擴(kuò)增。

 

這項(xiàng)研究被Nature Communications編輯遴選為Featured Article，并作為EdIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)ors’ Highlights推薦。在該項(xiàng)研究投稿及修稿期間，哈佛大學(xué)Philip Kranzusch團(tuán)隊(duì)向bioRxiv、俄亥俄州立大學(xué)的Tianmin Fu團(tuán)隊(duì)向Research Square提交了預(yù)印本，分別獨(dú)立報(bào)道了Gabija復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。其中，Philip Kranzusch的工作于2024年1月11日在Nature以“加速預(yù)覽”的形式發(fā)表。這些工作共同揭示了Gabija系統(tǒng)感知噬菌體入侵的分子機(jī)制及其切割DNA底物的偏好選擇，并為探索宿主抗噬菌體免疫及噬菌體免疫逃逸的“軍備競賽”提供了新的研究方向。此外，Gabija系統(tǒng)也有望為分子生物學(xué)工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)酶的研發(fā)提供重要的結(jié)構(gòu)和生化基礎(chǔ)。