Depuis une dizaine d'années, de nombreux systèmes de défense antivirale ont été découverts chez les bactéries, construits sur un principe modulaire : un capteur reconnaît le virus, et un effecteur déclenche la mort ou l'arrêt de la croissance cellulaire. Beaucoup de domaines effecteurs détruisent le NAD+, un coenzyme vital, et cette stratégie s'est révélée si efficace qu'elle est apparue indépendamment dans plusieurs familles de protéines. Ce travail s'inscrit dans la recherche de nouveaux domaines effecteurs par l'analyse du voisinage avec des systèmes de défense connus, aux côtés d'études sur les gènes bactériens et les cartes électrostatiques des génomes viraux.
Les auteurs ont commencé par la protéine Avs2 de Pseudomonas chlororaphis, dont le domaine N-terminal de fonction inconnue DUF4062 ressemblait structurellement aux domaines TIR, des NAD-hydrolases connues. La structure a été prédite avec AlphaFold3 et comparée à la base de données PDB, révélant une similitude avec le centre catalytique de TIR. Ensuite, ils ont vérifié l'activité protectrice de la protéine contre les phages, mesuré les niveaux de NAD+ et d'ADP-ribose dans les cellules infectées, et testé si la voie phagique de restauration du NAD contrecarrait la protection. Pour rechercher des homologues, ils ont construit un modèle de Markov caché du domaine et scanné les bases de données de génomes procaryotiques et eucaryotiques. L'activité du domaine humain TEP1 a été testée dans des bactéries, in vitro avec un analogue fluorescent du NAD+ et par HPLC.
Le domaine DUF4062, rebaptisé NIR, s'est avéré être une NAD-hydrolase : lors d'une infection par un phage, il épuisait le NAD+ et accumulait de l'ADP-ribose, et une mutation du glutamate catalytique annulait complètement la protection. NIR a été détecté dans 8,7% des génomes procaryotiques séquencés et voisine de manière statistiquement significative avec des systèmes de défense connus (20,0% contre 3,9% pour des associations aléatoires, p<10^-134). Le domaine a été trouvé au sein de plusieurs systèmes de défense, dont les nouveaux Vulcan et Vesta, qui épuisent eux aussi le NAD+ lors d'une infection phagique. Chez les eucaryotes, NIR est largement répandu, en particulier chez les amibozoaires (76%), les choanoflagellés (96%) et les animaux (88%), et chez l'humain il est présent dans les protéines Nwd1, Nwd2, TEP1 et le pseudogène TTC41. Le domaine NIR humain de TEP1, exprimé dans E. coli, provoquait la mort cellulaire et l'épuisement du NAD+, et le domaine purifié hydrolysait in vitro le NAD+ en ADP-ribose et nicotinamide.
Ce travail ajoute NIR à la liste croissante des domaines effecteurs destructeurs de NAD de l'immunité bactérienne et montre que ce domaine a conservé son activité enzymatique chez l'humain. Contrairement aux travaux voisins, centrés sur les systèmes bactériens ou l'électrostatique des génomes viraux, il démontre pour la première fois une activité NAD-hydrolase de la protéine humaine TEP1, ce qui relie la défense bactérienne à une fonction inconnue des particules vault. Cela ouvre la voie à la compréhension du rôle du NAD+ dans les ribonucléoprotéines vault et d'une éventuelle fonction de signalisation des domaines NIR chez les animaux.
Le sujet pourrait évoluer vers l'élucidation de la fonction biologique de l'activité NAD-hydrolase de TEP1 dans les particules vault et de son lien avec PARP4, une autre enzyme dépendante du NAD. La question de savoir si NIR agit dans le complexe télomérase ou seulement dans vault reste ouverte. Il est possible que les domaines NIR chez les animaux, à l'image des domaines TIR, se soient diversifiés, passant de la destruction du NAD à la production de molécules de signalisation ou à des interactions protéine-protéine.
Les résultats auront des répercussions sur les recherches sur l'immunité innée, le vieillissement cellulaire et la structure des particules vault, ainsi que sur la recherche de nouvelles enzymes métabolisant le NAD.
Il est nécessaire de vérifier l'activité NAD-hydrolase de TEP1 entier dans des cellules humaines et de déterminer comment elle est régulée par les partenaires du complexe. Il faudrait aussi examiner si d'autres protéines humaines contenant NIR produisent des molécules de signalisation à base de NAD.
Ce travail est directement lié à l'énigme non résolue de la fonction des ribonucléoprotéines vault, découvertes il y a plus de trente ans, et à la question de savoir comment des domaines enzymatiques conservés au cours de l'évolution changent de rôle, passant d'une défense destructrice à des processus régulateurs chez les eucaryotes.
Les noms des nouveaux systèmes de défense Vulcan et Vesta sont donnés en l'honneur des divinités romaines du feu et du foyer, ce qui reflète leur capacité à « brûler » le NAD+ lors d'une attaque virale.
L'idée d'un interrupteur moléculaire universel qui anéantit le carburant cellulaire en cas d'intrusion rappelle le mécanisme d'autodestruction dans « Star Wars », où un vaisseau coupe tous ses systèmes pour ne pas tomber aux mains de l'ennemi.
Non publié sur arXiv. Voici sa page, le PDF et la formalisation : vous pouvez vérifier vous-même, pas seulement lire notre analyse.