Cyclic GMP–AMP signalling protects bacteria against viral infection

操纵子 先天免疫系统 磷脂酶 磷脂酶C 第二信使系统 效应器 基因 生物 微生物学 细菌 免疫系统 信号转导 生物化学 细胞生物学 大肠杆菌 遗传学
作者
Daniel Cohen,Sarah Melamed,Adi Millman,Gabriela Shulman,Yaara Oppenheimer‐Shaanan,Assaf Kacen,Shany Doron,Gil Amitai,Rotem Sorek
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:574 (7780): 691-695 被引量:561
标识
DOI:10.1038/s41586-019-1605-5
摘要

The cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)-STING pathway is a central component of the cell-autonomous innate immune system in animals1,2. The cGAS protein is a sensor of cytosolic viral DNA and, upon sensing DNA, it produces a cyclic GMP-AMP (cGAMP) signalling molecule that binds to the STING protein and activates the immune response3-5. The production of cGAMP has also been detected in bacteria6, and has been shown, in Vibrio cholerae, to activate a phospholipase that degrades the inner bacterial membrane7. However, the biological role of cGAMP signalling in bacteria remains unknown. Here we show that cGAMP signalling is part of an antiphage defence system that is common in bacteria. This system is composed of a four-gene operon that encodes the bacterial cGAS and the associated phospholipase, as well as two enzymes with the eukaryotic-like domains E1, E2 and JAB. We show that this operon confers resistance against a wide variety of phages. Phage infection triggers the production of cGAMP, which-in turn-activates the phospholipase, leading to a loss of membrane integrity and to cell death before completion of phage reproduction. Diverged versions of this system appear in more than 10% of prokaryotic genomes, and we show that variants with effectors other than phospholipase also protect against phage infection. Our results suggest that the eukaryotic cGAS-STING antiviral pathway has ancient evolutionary roots that stem from microbial defences against phages.
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