Science | 研究揭示抑制植物免疫的信号分子！

从细菌到动物和植物的生物都必须抵御病原体。在所有生物的免疫途径中都存在着同源的蛋白质模体。其中一个模体是TIR结构域，它以哺乳动物的免疫受体Toll样受体和白细胞介素-1受体命名，在那里它被首次发现。所有生物体的大多数TIR结构域有两个共同的特性：自我联合的能力和涉及裂解NAD⁺的酶活性。NAD⁺是一种具有氧化还原特性的代谢物，在许多细胞过程中具有作用。在某些情况下，NAD⁺的裂解会导致ADP-核糖（cADPR）异构体的产生。

在细菌中，含TIR结构域的蛋白的NAD⁺裂解活性在防御信号以及抑制宿主免疫方面起着作用。一个相应的途径被称为Thoeris防御系统。这一信号通路保护细菌免受噬菌体感染，并涉及thsA和thsB基因。噬菌体感染后，ThsB裂解NAD⁺并产生一种cADPR异构体，激活ThsA介导的对受感染细胞的杀伤，从而保护细菌群体。另一个产生cADPR异构体的细菌蛋白是HopAM1，它是来自丁香假单胞菌DC3000的TIR结构域效应蛋白，它参与抑制植物免疫。在这项工作之前，负责的cADPR异构体的化学结构和作用机制是未知的。研究人员的目的是确定cADPR异构体的化学结构、它们由细菌TIR结构域产生的结构基础，以及它们在Thoeris防御信号和抑制植物免疫中的作用机制。

2022年9月29日，国际顶级学术期刊Science发表了澳大利亚昆士兰大学Thomas Ve和格里菲斯大学Bostjan Kobe团队的最新相关研究成果，题为Cyclic ADP ribose isomers: Production, chemical structures, and immune signaling的研究论文。

利用核磁共振（NMR）、质谱和晶体学等综合方法，研究人员表明cADPR异构体是通过ADPR中核糖分子之间的O-糖苷键形成而环化。通过晶体学和冷冻电子显微镜确定的产生cADPR异构体的TIR结构，揭示了导致活性组装的构象变化，这与Toll样受体适应因子TIR结构域的构象相似。基因突变揭示了一个保守的色氨酸，它对环化是必不可少的。利用晶体学和生物物理学方法，研究人员表明其中一种cADPR异构体（3′cADPR）是负责抗噬菌体防御的Thoeris ThsA蛋白的激活因子，通过诱导其四聚体状态的变化。研究人员还表明，同样的cADPR异构体在由效应蛋白HopAM1产生时是植物免疫的抑制因子。

细菌 cADPR 异构体的不同免疫作用

综合来看，研究人员的结果揭示了cADPR异构体产生的分子基础。2′cADPR和3′cADPR仅在ADPR中核糖基之间的O-糖苷键的位置不同。这些化合物增加了在免疫途径中发现的越来越多的信号分子名单，这些信号分子涉及含有TIR结构域的蛋白质，可能代表其合成的中间产物或具有其自身独特活性的信号分子。研究人员的结果确立了由含TIR结构域的细菌蛋白产生的3′cADPR异构体是一种抗病毒和植物免疫抑制信号分子。

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”