近日，湖北大学生命科学学院马立新教授课题组在国际核酸研究领域顶级期刊《Nucleic Acids Research》（IF=15）发表题为“Mechanism of the long-B prokaryotic Argonaute-mediated nuclease activation in bacterial immunity” 的研究论文。湖北大学博士后刘敏、硕士研究生於钦和张笑若为论文共同第一作者，马立新教授、黄锋涛讲师和李文强讲师为共同通讯作者。

原核Argonaute（pAgo）蛋白是一类广泛存在于微生物中的可编程核酸识别蛋白，在细菌抵御质粒、噬菌体等外源遗传物质入侵过程中发挥重要作用。根据结构和功能特征，pAgo可分为长A型、长B型和短型等类型。其中，长B型pAgo虽然具有完整的Ago蛋白结构域，但其PIWI结构域缺乏核酸酶活性，需要通过招募核酸酶、Sir2家族蛋白或跨膜蛋白等效应因子发挥防御功能。然而，长B型pAgo如何识别靶标并激活下游效应蛋白，其具体分子机制尚不清楚。

马立新团队发现来源于Escherichia coli的长B型pAgo核酸酶系统（EcBPAN）具有显著的抗噬菌体活性。为揭示这一防御系统如何被激活，研究团队利用冷冻电镜技术解析了EcBPAN复合物的高分辨率三维结构。结果表明，EcAgo在gRNA的指导下识别tDNA后，招募二聚体核酸酶EcbAgaN，最终形成由8个EcAgo和8个EcbAgaN组成的8∶8超分子复合物。整个复合物呈独特的“碗状”结构：8个EcAgo-gRNA-tDNA三元复合物环状排列形成“碗”的主体，而8个EcbAgaN相互连接形成“碗底”。进一步分析表明，EcbAgaN由N端结构域和C端PD-(D/E)XK型核酸酶结构域组成，其游离状态下的二聚体构象处于自抑制状态；当EcAgo识别tDNA后，EcbAgaN通过N端结构域与EcAgo结合，解除自身抑制，并进一步促进4个EcbAgaN二聚体组装成八聚体，激活其核酸酶活性，从而实现对DNA的降解。

图1：EcBPAN细菌防御系统的工作模式图

该研究揭示了长B型pAgo系统一种不同于长A型和短型pAgo的独特免疫激活模式：靶标识别驱动效应核酸酶招募，并通过超分子组装解除效应蛋白自抑制，最终激活核酸酶活性。该发现拓展了对pAgo防御系统结构多样性和功能多样性的认识，并为深入理解细菌抗噬菌体免疫机制提供了新的结构与机制基础。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkag865

(审核：李爱涛；终审：黄裕钊)