Nat Commun丨欧阳松应团队揭示细菌抗噬菌体系统SPARDA的激活机制

Argonaute （ Ago ）蛋白 是一类 在生物界中广泛存在的保守蛋白家族 ， 真核生物 A go （ eAgo ） 由四个结构域组成： N 端结构域、 PAZ 结构域、 MID 结构域和 PIWI 结构域，它们通过两个连接区（ L1 和 L2 ）相连 ，并作为 RNA 诱导沉默复合物（ RISC ）的核心成分，在 RNA 干扰中发挥关键作用。

原核生物 同样 广泛存在 Ago 蛋白（ prokaryotic Argonaute,pAgo）， 且其多样性更为显著 。根据结构域组成， pAgo 可分 为长 pAgo 与短 pAgo ， 其中 短 pAgo 占比超过 60% 。 而 短 pAgo 仅 含有 MID 结构域和一个催化失活的 PIWI 结构域， 因此不具备切割靶核酸的能力 。 这类蛋白通常与编码 TIR 、 Sir2 、 DUF3457 等特征结构域的基因位于同一操纵子， 形成有功能的蛋白质复合物 。 目前，短 的 pAgo 介导的抗噬菌体机制 研究有限 。 欧阳松应团队 2024 年 关于原核生物的 SPARSA 系统 的研究 ， 发现 pAg o 和相关效应蛋白形成一个带正电通道，而 gRNA 和 tDNA 结合在该通道， 进而引发细胞内 NAD + 的快速耗竭 导致流产感染，起到抗噬菌体感染作用 （ ） 。

SPARDA （ Short Prokaryotic Argonaute and DNAse/RNase-Endonuclease ） 是 一种新型抗噬菌体系统 ， 该系统将 APAZ 结构域与一个 DREN 核酸酶结构域融合 ， 在 识别外源 核酸 后， SPARDA 通过 DREN 核酸酶结构域 对 多种核酸底物 产生广泛的 “ 附带 ” 切割活性 。 然而， 关于 SPARDA 的 组装机制及其非特异性核酸酶活性的激活 机理 仍有待阐明 。

2026年1月6日 ，福建师范大学欧阳松应团队与厦门大学夏宁邵院士团队 合作，在 Nature Communications 上 在线 发表题为

Filament assembly induced by the recognition of target DNA activates the prokaryotic Argonaute SPARDA system

研究首先 解析了 SPARDA -gRNA 复合物 的冷冻 电镜结构 （分辨率 2.77 Å ） ，发现 gRNA 诱导了 SPARDA 的二聚化 ， 由 pAgo 和 DREN-APAZ 形成 二聚体 。 为了进一步阐明 tDNA 识别 gRNA 时 DREN 被激活的机制， 团队进一步 解析了 SPARDA-gRNA-tDNA 三元 复合物的 冷冻电镜 结构 （分辨率 2.64 Å ） ， 发现 gRNA 和 tDNA 结合后，会诱导 SPARDA 形成纤维状结构（图1）。 研究团队进一步解析了 SPARDA 形成纤维状结构 ， 发现 在纤维状结构中 DREN 结构域 会形成一个四聚体 ， 并形成有利于底物结合的通道，从而促进核酸底物的积累和切割 。 他们意外的捕捉到了 DREN 结构域结合过量的 gRNA-tDNA 的状态 ， 为理解 SPARDA 的底物切割机制提供了重要证据 。

图 1 . SPARDA-gRNA-tDNA 复合物 冷冻电镜结构

通 过一系列冷冻 电镜 结构的 解析 ， 研究团队揭示了 SPARDA 在靶 DNA 激活过程中经历 “ 单体  →  二聚体  → 单体  →  丝状结构 ” 的动态转变（图2）。 这些结果共同阐明了一种依赖纤维状组装的激活机制，为理解短pAgo介导的抗病毒免疫应答提供了重要的结构基础。

图 2 . SPARDA 系统的激活模型

福建师范大学生命科学学院欧阳松应教授、王勖荣 博士 和 厦门大学 夏宁邵院士团队 郑清炳高级工程师、李少伟教授 为共同通讯作者。福建师范大学生命科学学院 在读 博士生 张婉月、 甄向凯研究员、 厦门大学 博士生 江羽宸 、李煜 为共同第一作者。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68195-1

制版人： 十一

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