Retron-Eco1组装NAD+元件提供对噬菌体的免疫

Retrons是通过流产感染保护细菌免受噬菌体侵害的毒素-抗毒素系统。Retron-Eco1抗毒素由逆转录酶（RT）和非编码RNA（ncRNA）/多拷贝单链DNA（msDNA）杂交体形成，该杂交体中和一种未表征的毒性效应物。然而，噬菌体防御的分子机制仍然未知。该研究中作者发现属于STIR超家族的N-糖苷酶效应子在感染期间水解NAD⁺。冷冻电子显微镜（cryo-EM）分析显示，msDNA稳定了将效应物笼在低活性状态的细丝，其中ADPr（NAD⁺水解产物）与催化E106残基共价连接。缩短msDNA的突变诱导细丝分解和效应物的毒性，强调了msDNA在免疫中的作用。此外，发现了一种噬菌体编码的Retron-Eco1抑制剂（U56），它结合ADPr，突出了逆转录酶系统和噬菌体进化之间复杂的相互作用。这项工作概述了Retron-Eco1防御的结构基础，揭示了ADPr在免疫中的关键作用。

在本研究中，作者剖析了Retron-Eco1独特的抗噬菌体防御机制。Retron-Eco1的活性需要在N-糖结构域的二聚化界面上形成共享催化位点的丝。因此，这表明Retron-Eco1二聚体不能进行NAD⁺切割，因为催化位点是未组装的。反过来，二聚体形式构成了在典型细菌胞质NAD⁺浓度下组装的细丝的构建块。在没有噬菌体感染的情况下，未激活的效应器的次优活性诱导丝状组装。此外，在纯化前观察到细菌内Retron-Eco1效应物的ADP核糖基化，支持Retron-Eco1应在原位形成膜。Retron-Eco1细丝将效应蛋白笼在低活性状态；然而，它们装载了准备释放的ADPr。在这一框架内，准备好的免疫状态将使对感染迹象的反应迅速而增强。此外，高阶组件对活动的要求可能作为一种保护机制，通过意外产生高细胞毒性效应物来防止自身免疫。在更广泛的范围内，Retron-Eco1细丝的形成与细胞抗病毒反应中免疫成分低聚的新观察结果一致。

总的来说，这项研究拓宽了我们对细菌-噬菌体相互作用的机制理解，将其与真核生物先天免疫相提并论。随着抗生素耐药性细菌的增加，迫切需要替代的抗微生物方法，如噬菌体疗法，这就需要对这些相互作用有更深入的了解。因此，这项发现可能有助于开发新的分子工具来对抗致病菌。

参考文献：

Retron-Eco1 assembles NAD+-hydrolyzing filaments that provide immunity against bacteriophages. Mol Cell. Published online May 18, 2024. doi:10.1016/j.molcel.2024.05.001