Mol Cell | 冯钰/华孝挺合作发现msDNA是噬菌体蛋白感受器

上世纪八十年代，Sumiko Inouye实验室发现细菌中存在一类短的多拷贝单链DNA（msDNA）， 随 后的研究表明，msDNA是由反转录酶（RT）以一段非编码RN A（ncRNA）为模板，利用ncRNA的2’羟基 作 为引物合成的 ， 细菌编码RT和ncRNA的基因簇称为反转录子（retron）。虽然反转录子在基因编辑领域已经展现出巨大潜力（ 详见BioArt报道： ），但是其生理功能 不甚清楚。 直到2020年，张锋和Rotem Sorek实验室分别独立 证实 反转录子主要发挥噬菌体防御功能（ 详见BioArt报道： ； ）。近年 来， 国内外研究 逐步 揭示了反转录子 介导 的噬菌体防御机制 （ 详见BioArt报道： ； ） 。然而， 反转录子如何感知噬菌体 入侵 这一关键科学问题尚未解决。

2025年10月30日，浙江大学医学院冯钰和华孝挺联合攻关，在 Molecular Cell 发表了题为 Molecular Mechanism of Eco8-Mediated Anti-Phage Defense 的研究论文。 该研究发现 反转录子 Eco8的效应蛋白与RT及msDNA 组装成 三元防御复合物，揭示 了 Eco8通过感知噬菌体单链DNA结合蛋白（SSB）， 激活自身核酸酶活性，引发 噬菌体流产感染（abortive infection）的分子机制。

研究 人员 以 大肠杆菌中 发现的 反转录子Eco8为研究对象，Eco8除了RT和ncRNA，还 包含 一个OLD家族核酸酶。 首先， 研究人员测试 了 核酸酶 在体外 的底物特异性，发现Eco8只能切割双链DNA， 对 单链DNA和RNA 均无活性 ，且DNA切割没有序列特异性。研究人员通过噬菌体感染携带Eco8的细菌并结合DNA染色实验进一步证实其DNA切割活性，提示Eco8通过 非特异性 降解DNA 引发 噬菌体流产感染。

在蛋白纯化过程中，研究人员发现Eco8的 核酸梅 、 RT 、 msDNA始终位于同一组分，提示三者形成稳定的复合物，冷冻电镜结构 显示 复合物中 三者 的比例为4:4:4。 进一步 结构分析显示，msDNA链内的碱基互补配对，形成双螺旋结构， 且 msDNA的双螺旋结构对于Eco8复合物的稳定性 至关重要。 基因组序列分析表明，对Eco8敏感的所有噬菌体均编码SSB蛋白， 在大肠杆菌中同时表达Eco8和SSB蛋白抑制细菌生长 。体外实验也表明，SSB蛋白可以激活Eco8的DNA切割活性。为了深入探究SSB蛋白对复合物构象的影响，研究人员解析了Eco8和T7噬菌体SSB蛋白的复合物结构，结构显示每个msDNA结合4个SSB蛋白，msDNA的双螺旋结构部分解旋 ， 核酸酶 也发生构象变化，其活性被激活 。

综上所述，该研究 首次 发现 msDNA是细菌免疫系统的感受器，噬菌体SSB蛋白通过 破坏 msDNA的双螺旋结构激活Eco8的DNA切割活性。 由于细菌的SSB蛋白表达受到严格的调控，因此不会异常激活防御系统。最后，研究人员 提出msDNA作为噬菌体DNA修饰/结合蛋白的感受器可能具有普适性。

浙江大学医学院博士后元玲刚、博士研究生徐丽巧和复旦大学附属闵行医院主治医师吴冰为该研究的共同第一作者，浙江大学医学院冯钰研究员和华孝挺研究员为该研究的通讯作者。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.09.029

制版人： 十一

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