近日，我院生物治疗全国重点实验室余雅梅研究员团队在生物化学与分子生物学领域国际知名期刊Nucleic Acids Research (IF: 13.1)在线发表了题为“Structural basis of Retron–Eco8-mediated antiphage defense”的论文。该研究详细阐述了Retron-Eco8系统通过形成超分子复合物降解核酸来抵御噬菌体侵染的分子机制。这一研究为理解原核生物逆转录依赖的免疫机制提供了全新视角，同时为基于Retron系统的基因编辑技术开发提供结构与机制基础。

在细菌与噬菌体长达数十亿年的“军备竞赛”中，原核生物演化出种类繁多的抗病毒防御系统。其中，逆转录酶（Reverse Transcriptase, RT）是一类能够以非编码RNA（ncRNA）为模板合成DNA（msDNA）的关键酶，其存在跨越生命三界。在原核生物中，逆转录酶不仅与可移动遗传元件的传播密切相关，更是细菌抗病毒免疫系统的核心组成部分，而Retron系统正是其中最具代表性的一类。自20世纪80年代首次被发现以来，Retron系统的抗病毒功能及其分子机制始终是原核免疫学领域中悬而未决的核心科学问题。

研究团队以大肠杆菌Retron-Eco8系统为研究对象，该系统属于type I-B2型Retron系统，由RT、ncRNA和克服溶源性缺陷（OLD）核酸酶组成。利用冷冻电镜（cryo-EM）、体外酶活性实验、体内抗噬菌体实验等多种技术，研究团队首次阐明了Retron-Eco8系统三组分（ncRNA、RT、核酸酶）协同作用防御噬菌体感染的分子机制。在Retron-Eco8系统中，其效应蛋白OLD由ATPase和Toprim结构域构成。研究人员证实了单独的OLD不具备核酸切割能力，只有Retron-Eco8系统各组分都存在时才能对宿主以及噬菌体的核酸进行降解，提示Retron-Eco8可能形成核酸-蛋白复合物以非特异性降解核酸。

研究团队利用多种技术揭示Retron-Eco8系统的工作机制

随后，研究团队利用冷冻电镜解析了Retron-Eco8单独和结合ATP-Mg2+的高分辨率结构，发现msDNA、RT以及核酸酶可以形成稳定的超分子复合物，该复合物各组分以4:4:4的化学计量比组装。研究团队通过对Retron-Eco8系统敏感的噬菌体基因组序列分析，发现这些噬菌体都编码单链DNA结合蛋白（SSB）。在大肠杆菌中同时表达 Retron-Eco8 与 SSB 蛋白会明显抑制细菌生长。提示SSB激活了Retron-Eco8系统抗噬菌体防御活性，通过流产感染策略促使感染了噬菌体的细胞死亡，从而阻断噬菌体复制，保护周围未被感染的细菌。

Retron-Eco8系统抵御噬菌体侵染的分子机制示意图

四川大学生物治疗全国重点实验室余雅梅研究员为该论文的唯一通讯作者，华西医院生物治疗研究中心博士后熊超和生物治疗全国重点实验室博士研究生蒲欢、唐弋雯为本文共同第一作者，我院为该论文唯一完成单位。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkag111