中国科学院高璞等团队合作揭开RADAR​防御复合物的冷冻电镜结构，为更好地改造系统奠定基础

腺苷-肌苷RNA编辑已被提出参与一种称为RADAR的细菌抗噬菌体防御系统。RADAR包含一个腺苷三磷酸酶(RdrA)和一个腺苷脱氨酶(RdrB)。

2023年2月9日，中国科学院生物物理研究所高璞团队在Cell 在线发表题为”Molecular basis of RADAR anti-phage supramolecular assemblies“的研究论文，该研究确定了RdrA、RdrB的一系列高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构，以及目前确定的RdrA-RdrB复合体的不同构象，包括和不包括底物RNA和辅因子ATP。

RdrB组装成一个十二聚体笼，催化袋向外，而RdrA采用自抑制十四聚体环和活化能力七聚环。结构和功能数据表明，RNA通过RdrA环的底部装载，并沿着其内部通道进行易位，这一过程可能与ATP结合状态相结合。有趣的是，多达12个RdrA环可以连接一个RdrB笼，并在脱氨酶催化袋和RNA-易位通道之间精确对齐，表明RNA易位和脱氨的酶耦合。总之，该研究数据揭示了一个有趣的机制，酶偶联和抗噬菌体防御通过超分子组装。

另外，2023年2月9日，哈佛医学院Philip J. Kranzusch及以色列魏茨曼科学研究所Rotem Sorek共同通讯在Cell 在线发表题为”Cryo-EM structure of the RADAR supramolecular anti-phage defense complex“的研究论文，该研究确定了RADAR防御复合物的冷冻电镜结构，揭示RdrA是一个七聚体，两层AAA+ ATP酶，RdrB是一个十二聚体，空心复合物，有12个表面暴露的脱氨酶活性位点。RdrA和RdrB连接形成一个高达10个MDa的大型组件，RdrA作为一个漏斗停靠在RdrB活动站点之上。令人惊讶的是，该研究结构揭示了一个针对单个核苷酸的RdrB活性位点。该研究发现，RdrB在体外催化ATP到ITP的转化，并诱导体内噬菌体感染期间肌苷单核苷酸的大量积累，限制噬菌体复制。总之，该研究结果将ATP单核苷酸脱氨定义为RADAR免疫的决定因素，并揭示了核苷酸修饰机器的超分子组装作为抗噬菌体防御的机制。

据估计，感染细菌和古菌(噬菌体)的病毒是生物圈中最丰富的生物实体。在与病毒持续不断的军备竞赛的推动下，原核生物进化出了复杂多样的抗病毒防御系统，这些系统通过不同的策略发挥作用。以靶向病毒核酸的限制性修饰和CRISPR-Cas系统为代表的噬菌体耐药机制的详细描述，已经导致了对宿主-寄生物相互作用的深入理解，以及生物和治疗工具发展的革命。最近的比较基因组分析和随后的实验验证导致了几个防御系统的发现，其机制仍然很大程度上未知。其中具体的是RADAR (phage restriction by an adenosine deaminase acting on RNA) 系统，该系统已被提出通过催化RNA上的腺苷到肌苷(A到I)修饰来对抗噬菌体。

大多数RADAR系统由两部分组成：腺苷三磷酸酶(ATP酶;称为“RdrA”)和一种腺苷脱氨酶(称为“RdrB”)，它们都是大的多结构域蛋白质。RADAR的底物RNA被发现共享一个特征的茎环结构，特定的腺苷位于环而不是茎。广谱编辑模式导致宿主细胞生长停滞，这表明RADAR利用了一种编辑依赖的流产感染(Abi)策略。RADAR在噬菌体感染时被激活，并且ATP酶和脱氨酶活性已被发现对抗噬菌体效率至关重要。然而，RdrA和RdrB是否组装成功能复合物以及ATP酶和脱氨酶活性是如何耦合的仍不清楚。

文章模式图（图源自Cell ）

后生动物中的A-to-I RNA编辑已被广泛研究，并被认为在生理和病理过程中发挥关键作用。后生动物RNA A-to-I脱氨酶有两个同源家族：作用于mRNA的腺苷脱氨酶(ADAR)和作用于tRNA的腺苷脱氨酶(ADAT)。然而，在原核生物中，只有ADAT家族的成员tadA在有限的RNA位点上介导A-to-I编辑。有趣的是，ADAR和ADAT的进化祖先都是CDA超家族(作用于单个核苷酸的胞苷脱氨酶)，而不是RADAR_RdrB所属的截然不同的ADA超家族(作用于单个核苷酸的腺苷脱氨酶)。因此，RADAR除了是唯一具有RNA脱氨酶活性的抗病毒防御系统外，还可能是唯一不属于ADAR/ADAT家族的RNA A-to-I修饰酶。

尽管在抗病毒防御中有一些有趣的特征，但RADAR系统的组装、催化和调控的基本机制仍然未知。该研究确定了RdrA、RdrB的一系列高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构，以及目前确定的RdrA-RdrB复合体的不同构象，包括和不包括底物RNA和辅因子ATP。这些结构发现，辅以功能分析，揭示了许多以前未预料到的超分子组装和酶偶联机制。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00056-9

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00042-9

转自：“iNature”微信公众号

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