研究揭示转录因子IRF4的T95R突变导致增强功能和新功能的分子机制

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心丁建平研究组在《结构》（Structure）上，在线发表了题为Molecular basis for the functional roles of the multimorphic T95R mutation of IRF4 causing human autosomal dominant combined immunodeficiency的研究成果。该研究通过解析IRF4-DBD和IRF4-DBDT95R与经典和非经典DNA识别序列的复合物的晶体结构和功能分析，阐明了IRF4T95R获得增强功能和新功能的分子机制，为剖析IRF4突变导致的人类常染色体显性联合免疫缺陷（CID）奠定了分子基础。

干扰素调节因子（IRFs）组成一个转录因子家族，在人体中共有9个成员，即IRF1-IRF9。它们在病毒、细菌和干扰素（IFN）诱导的信号通路以及先天和适应性免疫过程的调节中发挥重要作用。其中，IRF4在B淋巴细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞等淋巴样细胞中特异性表达，在免疫细胞的发育、分化和细胞命运决定中具有关键作用。IRF4通常以同源二聚体的形式与序列为5'-GAAANNGAAA-3'的经典干扰素刺激应答元件（ISRE）结合，每分子IRF4识别一个GAAA序列，调节干扰素刺激基因（ISGs）的激活。科研人员在CID患者中发现了IRF4T95R的杂合突变。这些患者的B细胞和T细胞表现出成熟受损，免疫球蛋白和细胞因子产生减少。体内和体外实验表明，IRF4T95R突变体显示出对DNA的亲和力增加，核定位增强，DNA结合特异性改变，表现出对非经典序列GATA的结合能力。这些改变使得IRF4呈现功能增强、功能丧失和新功能三种表型。然而，T95R突变是如何导致IRF4多态功能的分子基础尚不清楚。

该研究通过生物膜干涉技术分析了IRF4的DNA结合结构域（IRF4-DBD）和IRF4-DBDT95R对经典和非经典ISRE序列的亲和力。结果显示，IRF4的T95R突变增强了IRF4-DBDT95R与经典和非经典DNA识别序列的亲和力。而IRF4-DBDT95R对非经典序列GATA表现出更高的选择性，IRF4-DBD对经典ISRE序列GAAA具有更强的偏好性。该团队运用X射线单晶衍射技术解析了IRF4-DBD和IRF4-DBDT95R与经典和非经典DNA识别序列的复合物的晶体结构。研究发现，在IRF4-DBDT95R与经典ISRE序列GAAA的复合物结构中，Arg95通过水分子介导增强了对磷酸骨架的相互作用；而在与非经典ISRE序列GATA的复合物结构中，由于空间位阻的影响，Arg95直接与磷酸骨架和碱基相互作用，表现出对GATA序列的更强偏好性。由于GAAA和GATA序列分布于不同基因的启动子区域，IRF4和IRF4T95R展现出不同的转录调控图谱，介导了不同下游信号通路，使得IRF4T95R表现出新的转录活性。总的来说，生化和结构数据为IRF4T95R的功能增强和新功能奠定了分子基础，加深了科学家对IRF4突变导致自身免疫疾病的分子机制的认知。

研究工作得到国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项的资助，并获得上海同步辐射光源晶体学线站BL02U1和BL18U以及分子细胞卓越中心分子生物学技术平台的支持。

IRF4-DBDT95R选择性结合经典GAAA和非经典GATA序列的结构基础