Nature 正刊丨细菌免疫蛋白直接感知两种不同的噬菌体蛋白

01摘要

真核先天免疫系统使用模式识别受体通过检测病原体相关的分子模式来感知感染,然后触发免疫反应。细菌也进化出了类似的免疫蛋白,可以感知其病毒捕食者的某些成分,即噬菌体1,2,3,4,5,6。尽管不同的免疫蛋白可以识别不同的噬菌体编码的触发因子,但已经发现单个细菌免疫蛋白在感染过程中只感知一个触发因子,这表明细菌模式识别受体与其配体之间存在一一对应的关系7,8,9,10,11。在这里,我们证明了大肠杆菌中的抗噬菌体防御蛋白CapRelSJ46可以使用相同的感觉结构域直接结合和感知两种完全无关且结构不同的蛋白质,具有重叠但不同的界面。我们的研究结果强调了免疫感觉结构域的显著多功能性,这可能是抗噬菌体防御系统的共同特性,使它们能够跟上快速进化的病毒捕食者的步伐。我们发现Bas11噬菌体在感染过程中含有CapRelSJ46感应到的两种触发蛋白,并且我们证明,只有当两种触发因子都发生突变时,这些噬菌体才能完全逃避CapRelSJ四十六的防御。我们的工作表明,一个能够感知多个触发因素的细菌免疫系统可以帮助防止噬菌体轻易逃脱检测,并且它可能允许检测更广泛的噬菌体。更一般地说,我们的发现说明了细菌防御系统意想不到的多因素感知,以及它们与噬菌体编码的触发因素之间复杂的共同进化关系。

02图表简介

a、 在含有空载体(EV)或质粒生产CapRelSJ46的细胞草坪上发现的指定噬菌体的连续十倍稀释液。相对噬菌体浓度由楔形物的高度表示。b、 Bas11的六个逃逸克隆和一个对照野生型(WT)噬菌体的连续稀释液被发现在含有空载体或CapRelSJ46表达载体的细胞草坪上,基因54中的相应突变被标记。c、 Bas11中基因54基因组区域的示意图,标记了b的逃逸克隆中的突变。d、 通过在含有葡萄糖(Glu)或阿拉伯糖(Ara)的培养基上连续稀释从其天然启动子产生CapRelSJ46的细胞和从阿拉伯糖诱导型启动子(Para)产生Gp54Bas11的指定变体来评估细胞存活率。e、 使用DNA模板产生的DHFR作为读数的体外转录-翻译测定。将纯化的六组氨酸(His6)和麦芽糖结合蛋白(MBP)标记的CapRelSJ46(His6-MBP-CapRelSJ6)以及His6-Gp54Bas11的野生型或G24D变体加入反应中。所示图像代表三个生物复制品。

a、 CapRelSJ46的结构域组织示意图(顶部)和由结构域着色的CapRelSJ四十六晶体结构的卡通表示(底部)。毒素结构域(toxSYNTH)的活性位点G-环Y155和ATP配位残基R79和R116以红色突出显示。b,Flag标记的CapRelSJ46(CapRelSJ46-Flag)或嵌合体-Flag是从产生CapRelSJ46/Flag或嵌合体_Flag和血凝素(HA)标记的Gp54Bas11(野生型或G24D变体)的细胞中免疫沉淀出来的,并使用HA标签检测所指示的Gp54Bas11变体的存在。用作免疫沉淀(IP)输入的裂解物被用作表达水平的对照。所示图像代表两个生物复制品。c、 ITC监测CapRelSJ46与Gp54Bas11的野生型或G24D变体的结合,并记录结合亲和力(Kd)和化学计量比(N)。d、 左,CapRel构造示意图。对,Bas11噬菌体的连续稀释液被发现在含有指定CapRel构建体或空载体的细胞草坪上。e、 在含有葡萄糖或阿拉伯糖的培养基上,从其天然启动子产生CapRelSJ46或嵌合体,从阿拉伯糖诱导型启动子产生野生型Gp54Bas11的细胞的连续稀释液。

a、 在含有葡萄糖或阿拉伯糖的培养基上,连续稀释从其天然启动子产生CapRelSJ46指定变体和从阿拉伯糖诱导型启动子产生野生型Gp54Bas11的细胞。b、 左,Gp54Bas11晶体结构的卡通表示。右,Gp54Bas11在未结合β桶态下的拓扑表示。c、 左,Gp54Bas11(紫色)与CapRelSJ46(由结构域着色)结合的复合物的晶体结构。右,AlphaFold对CapRelSJ46和MCPSECΦ27(粉红色)复合体的预测结构模型。CapRelSJ46毒素结构域的ATP配位残基以红色突出显示。d,CapRelSJ6抗毒素结构域和Gp54Bas11(紫色)形成的界面细节,取代的残基以蓝色显示。e、 Gp54Bas11(紫色)在CapRelSJ46结合态中的拓扑表示,涉及与CapRelSJ四十六(橙色)的伪ZFD相互作用。f、 CapRelSJ46和CapRelSJ46-Gp54Bas11之间的差异HDX(ΔHDX)显示为差异热图。相对分数单位(ΔRFU)的变化以颜色编码,红色表示在Gp54Bas11存在的情况下CapRelSJ46的氘化增加,蓝色表示氘化减少。灰色条表示质谱分析中鉴定的肽。虚线框突出显示的toxSYNTH活性位点对应的区域。g、 与f相同,但比较Gp54Bas11和CapRelSJ46–Gp54Bas11。h、 与SECΦ27的野生型MCP相同。i、 从产生CapRelSJ46-Flag和Gp54Bas11-HA或MCPSECΦ27-HA的细胞中免疫沉淀CapRelSJ46/Flag或指定变体,并使用HA标签检测Gp54Bas11或MCPSECφ27的存在。所示图像代表两个生物复制品。

03 参考文献
Liu Y , Qin Z , Yang X ,et al.High-Voltage Manganese Oxide Cathode with Two-Electron Transfer Enabled by a Phosphate Proton Reservoir for Aqueous Zinc Batteries[J]. 2022.

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