Recurrent acquisition of nuclease-protease pairs in antiviral immunity

核酸酶 蛋白酶 免疫 病毒学 计算生物学 生物 免疫系统 遗传学 DNA 生物化学
作者
Owen T. Tuck,Jason J. Hu,Benjamin A. Adler,Claire E O'Brien,Santiago C. Lopez,K.‐H. HSIEH,C. A. Meredith,Arushi Lahiri,Erin Doherty,Jennifer A. Doudna
标识
DOI:10.1101/2025.07.28.667249
摘要

Antiviral immune systems diversify by integrating new genes into existing pathways, creating new mechanisms of viral resistance. We identified genes encoding a predicted nuclease paired with a trypsin-like protease repeatedly acquired by multiple, otherwise unrelated antiviral immune systems in bacteria. Cell-based and biochemical assays revealed the nuclease is a proenzyme that cleaves DNA only after activation by its partner protease. Phylogenetic analysis showed that two distinct immune systems, Hachiman and AVAST, use the same mechanism of proteolytic activation despite their independent evolutionary origins. Examination of nuclease-protease inheritance patterns identified caspase-nuclease (canu) genomic loci that confer antiviral defense in a pathway reminiscent of eukaryotic caspase activation. These results uncover the coordinated activities of pronucleases and their activating proteases within different immune systems and show how coevolution enables defense system innovation.

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