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E1-E2 融合蛋白在细菌中引发抗病毒免疫信号。

An E1-E2 fusion protein primes antiviral immune signalling in bacteria.

机构信息

Department of Biochemistry, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USA.

Department of Cellular and Molecular Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, CA, USA.

出版信息

Nature. 2023 Apr;616(7956):319-325. doi: 10.1038/s41586-022-05647-4. Epub 2023 Feb 8.

DOI:10.1038/s41586-022-05647-4
PMID:36755092
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10292035/
Abstract

In all organisms, innate immune pathways sense infection and rapidly activate potent immune responses while avoiding inappropriate activation (autoimmunity). In humans, the innate immune receptor cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) detects viral infection to produce the nucleotide second messenger cyclic GMP-AMP (cGAMP), which initiates stimulator of interferon genes (STING)-dependent antiviral signalling. Bacteria encode evolutionary predecessors of cGAS called cGAS/DncV-like nucleotidyltransferases (CD-NTases), which detect bacteriophage infection and produce diverse nucleotide second messengers. How bacterial CD-NTase activation is controlled remains unknown. Here we show that CD-NTase-associated protein 2 (Cap2) primes bacterial CD-NTases for activation through a ubiquitin transferase-like mechanism. A cryo-electron microscopy structure of the Cap2-CD-NTase complex reveals Cap2 as an all-in-one ubiquitin transferase-like protein, with distinct domains resembling eukaryotic E1 and E2 proteins. The structure captures a reactive-intermediate state with the CD-NTase C terminus positioned in the Cap2 E1 active site and conjugated to AMP. Cap2 conjugates the CD-NTase C terminus to a target molecule that primes the CD-NTase for increased cGAMP production. We further demonstrate that a specific endopeptidase, Cap3, balances Cap2 activity by cleaving CD-NTase-target conjugates. Our data demonstrate that bacteria control immune signalling using an ancient, minimized ubiquitin transferase-like system and provide insight into the evolution of the E1 and E2 machinery across domains of life.

摘要

在所有生物体中,先天免疫途径感知感染并迅速激活有效的免疫反应,同时避免不适当的激活(自身免疫)。在人类中,先天免疫受体环鸟苷酸-腺苷酸合酶(cGAS)检测病毒感染以产生核苷酸第二信使环鸟苷酸-腺苷酸(cGAMP),从而启动干扰素基因刺激物(STING)依赖性抗病毒信号。细菌编码称为 cGAS/DncV 样核苷酸转移酶(CD-NTase)的 cGAS 的进化前体,它可以检测噬菌体感染并产生多种核苷酸第二信使。细菌 CD-NTase 激活如何被控制仍然未知。在这里,我们表明 CD-NTase 相关蛋白 2(Cap2)通过泛素转移酶样机制为细菌 CD-NTase 的激活做好准备。Cap2-CD-NTase 复合物的低温电子显微镜结构显示 Cap2 是一种集泛素转移酶样蛋白于一体的蛋白,具有与真核生物 E1 和 E2 蛋白相似的不同结构域。该结构捕获了一个反应中间体状态,其中 CD-NTase 的 C 末端位于 Cap2 E1 活性位点并与 AMP 连接。Cap2 将 CD-NTase 的 C 末端连接到靶分子上,该靶分子为 CD-NTase 增加 cGAMP 产生做好准备。我们进一步证明,一种特定的内肽酶 Cap3 通过切割 CD-NTase-靶标缀合物来平衡 Cap2 的活性。我们的数据表明,细菌使用一种古老的、最小化的泛素转移酶样系统来控制免疫信号,并提供了关于 E1 和 E2 机制在生命领域中进化的见解。

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