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细菌和古菌编码数百种抗病毒防御系统，其中一些在真核生物先天免疫中也能找到同源物。植物 MORC 蛋白和原核生物 Tiamat 等 GHL ATP 酶能够抵御病毒和噬菌体，但它们的结构架构和生化活性一直尚不明确。通过检索数千个蛋白质组，我们发现 Tiamat 在原核生物中较为罕见，却广泛富集于真核生物中，包括绿色植物、水生脊索动物、海绵动物、扁盘动物和卵菌。我们将中心区域 DUF3684 及其侧翼区域解析为三种预测折叠（TPR 样重复、未表征的保守折叠以及失活的金属蛋白酶样折叠）；这些折叠占据了其他 GHL 蛋白的底物结合位置。我们证明，纯化的蜡样芽孢杆菌 Tiamat 能够水解 ATP、低效地切刻双链 DNA，并以位点特异性的方式切割单链 DNA。我们鉴定出一类 Tiamat 样蛋白，其 C 端核酸酶结构域经常被解旋酶、肽酶或其他效应蛋白所替换。此外，我们还发现 Tiamat 基因常与解旋酶、DNA 甲基转移酶和核酸酶基因相邻，这表明部分 Tiamat 可能在多组分复合物中降解外源核酸。真核生物中的 Tiamat 同源物，如近缘的拟南芥同源蛋白 NO VEIN 和远缘的人类同源蛋白 SACSIN，已经获得了关键的非防御功能，因此这些同源物是否仍具有抗病毒活性，抑或已被适应性借用于其他功能，仍有待确定。
细菌抗噬菌体蛋白Tiamat是一种ATP酶和脱氧核糖核酸酶，其同源物遍布整个生命之树 | bioRxiv
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细菌抗噬菌体蛋白Tiamat是一种ATP酶和脱氧核糖核酸酶，其同源物遍布整个生命之树
查看ORCID档案 Shirley Yuan ， 查看ORCID档案 Yuri R. de Oliveira Silva ， 查看ORCID档案 Balwina Koopal ， Vinh Dang ， Arav N. Nangia ， 查看ORCID档案 Jack P.K. Bravo ， 查看ORCID档案 Andrew Santiago-Frangos
doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.754977
Shirley Yuan 1 宾夕法尼亚大学； 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者 Shirley Yuan的ORCID记录
Yuri R. de Oliveira Silva 1 宾夕法尼亚大学； 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者 Yuri R. de Oliveira Silva的ORCID记录
Balwina Koopal 2 奥地利科学技术研究所 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者 Balwina Koopal的ORCID记录
Vinh Dang 1 宾夕法尼亚大学； 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者
Arav N. Nangia 1 宾夕法尼亚大学； 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者
Jack P.K. Bravo 2 奥地利科学技术研究所 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者 Jack P.K. Bravo的ORCID记录
Andrew Santiago-Frangos 1 宾夕法尼亚大学； 在Google Scholar中查找该作者 在PubMed中查找该作者 在本网站中搜索该作者 Andrew Santiago-Frangos的ORCID记录
通讯作者： asantia3{at}sas.upenn.edu
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摘要
细菌和古菌编码数百种抗病毒防御系统，其中一些系统在真核生物先天免疫中也具有同源物。植物MORC蛋白和原核生物Tiamat等GHL ATP酶能够抵御病毒和噬菌体，但它们的结构及生化活性一直尚不明确。通过检索数千个蛋白质组，我们发现Tiamat在原核生物中较为罕见，却在真核生物中广泛富集，包括绿藻植物、||||水生脊索动物、海绵动物、扁盘动物和水霉。我们解析了中央DUF3684结构域及其侧翼区域，预测其由三种折叠组成：TPR样重复、一个未表征的保守折叠以及一个失活的金属蛋白酶样折叠；这些结构占据了其他GHL蛋白的底物结合位置。我们证明，纯化的蜡样芽孢杆菌Tiamat能够水解ATP，对双链DNA进行低效率切口，并以位点特异性的方式切割单链DNA。我们鉴定出一类Tiamat样蛋白，其C端核酸酶常被解旋酶、肽酶或其他效应蛋白所替代。此外，我们还发现Tiamat基因邻近解旋酶、DNA甲基转移酶和核酸酶基因，这提示部分Tiamat可能在多组分复合物中降解外源核酸。真核生物中的Tiamat同源物，例如亲缘关系较近的拟南芥同源蛋白NO VEIN以及亲缘关系较远的人类同源蛋白SACSIN，已经获得了关键的非防御功能；因此，这些同源物是否仍具有抗病毒作用，或是否已被外 co-opted，仍有待确定。
利益冲突声明
A.S.-F.是与CRISPR-Cas系统及其应用相关专利申请的发明人。其余资助方信息声明
奥地利科学基金（FWF）， https://ror.org/013tf3c58，10.55776/PAT1617625
EMBO， ALTF952-2024
国际人类前沿科学计划组织， https://ror.org/02ebx7v45，10.52044/HFSP.LT00172025-L.pc.gr.230372
NIH， R00GM147842
版权
本预印本的。 保留所有权利。未经许可不得以任何方式重复使用。
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发布于2026年10月1日。
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细菌抗噬菌体蛋白Tiamat是一种ATP酶和脱氧核糖核酸酶，其同源物遍布整个生命之树
Shirley Yuan ， Yuri R. de Oliveira Silva ， Balwina Koopal ， Vinh Dang ， Arav N. Nangia ， Jack P.K. Bravo ， Andrew Santiago-Frangos
bioRxiv 2026.09.30.754977； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.754977
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细菌抗噬菌体蛋白Tiamat是一种ATP酶和脱氧核糖核酸酶，其同源物遍布整个生命之树
Shirley Yuan ， Yuri R. de Oliveira Silva ， Balwina Koopal ， Vinh Dang ， Arav N. Nangia ， Jack P.K. Bravo ， Andrew Santiago-Frangos
bioRxiv 2026.09.30.754977； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.754977
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.754977v1?rss=1
🏷️ 抗噬菌体防御 Tiamat蛋白 ATP酶 DNA核酸酶 GHL蛋白家族 跨物种同源性