推荐一篇发表在Science上的文章，文章标题为“TIR signaling activates caspase-like immunity in bacteria”。本文通讯作者是来自以色列魏茨曼科学研究院分子遗传学系的Rotem Sorek教授，其课题组致力于细菌免疫系统的分子机制方面的研究。本文中，作者通过结合生信分析策略、经典生化技术和定量蛋白质组学方法，揭示了一种基于Caspase家族的细菌蛋白的新型噬菌体抵抗机制。
Caspase家族成员在人类先天免疫和程序性细胞死亡过程中均起到了不可或缺的作用。由于其具有非常高的酶解活性与严格的切割位点，因而其通常可介导明确且快速的底物酶解事件，最终导致细胞死亡。此前的研究中指出，细菌也存在着Caspase家族成员或者Caspase样蛋白酶，并同样具有切割特定底物和促进细胞死亡的能力。然而，目前研究者对其分子功能所知甚少。为了解决这一问题，本文作者首先分析了细菌中Caspase样蛋白酶的基因组环境。结果显示，细菌中通常会存在一个编码Toll/白细胞介素-1受体（TIR）和Caspase样蛋白酶的双基因操纵子。将这一基因组合转入大肠杆菌（E. coli K-12）之后，大肠杆菌对T6噬菌体产生了非常强的抵抗能力。即在低感染复数（MOI）的情况下能够耐受并生存，在高MOI的时候自发死亡且不会释放噬菌体后代。由此证明，这是一种细菌中非常强大的噬菌体防御机制。基于同源性的搜索结果显示，这种防御机制存在于不同门的数百种细菌和古细菌中，是一种普遍存在的免疫学机制。进一步，研究者希望对这一防御机制的分子过程进行剖析。此前报道中，TIR能够参与到其他防御系统中，并通过消耗NAD+的方式，限制噬菌体等病原体的生长与复制。因此，研究者猜测Caspase样蛋白酶可以通过将TIR切割成活性TIR对形式，进而对NAD+进行耗竭。然而，此过程中TIR的分子量并未变化，同时NAD+水平也没有明显波动。因此，研究者认为，此防御机制是通过一种全新的信号通路实现的。于是，他们对噬菌体处理前后的细菌细胞中新生蛋白N末端进行了TMT对化学标记，并通过定量蛋白质组学策略，成功鉴定了一系列潜在的Caspase样蛋白酶的底物蛋白。其中，延伸因子EF-Tu具有显著的切割表型，切割位点位于45和59位精氨酸残基下游。进一步对这一机制进行探索，他们意识到单纯的Caspase样蛋白酶和底物混合并不能有效的发生酶解。当且仅当同时额外加入的细菌在噬菌体感染后产生的代谢物与TIR后，EF-Tu才能够被切割。这意味着，TIR可以将新生成的某种代谢物进行转化，使其具有激活Caspase样蛋白酶的能力。通过对上清进行HPLC与1D、2D NMR的联合分析，他们最终成功鉴定其机制。即TIR可以将少量NAD+转化成N7-cADPR，而N7-cADPR可以与Caspase样蛋白酶的二聚体形式进行结合，进而激活其活性，执行下游的酶解事件并抑制噬菌体的生长。综上，本文作者通过生信分析、经典生化和定量蛋白质组学等策略，首次解析了一种细菌的基于Toll/白细胞介素-1受体（TIR）和Caspase样蛋白酶的抗病原体免疫机制。这一结果为细菌免疫的研究，提供了重要理论与实验基础。文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu2262原文引用：DOI: 10.1126/science.adu2262
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