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JMCB:天然免疫反应机制研究取得新进展

来源:JMCB 2015-09-02 17:39

近日,国际学术期刊Journal of Molecular Cell Biology在线发表了来自中国科学院生物物理所、美国UCLA、昆明医科大学和青岛生物能源与过程所合作完成的最新研究成果:"New insights into the structural basis of DNA recognition by HINa and HINb domains of IFI16",该研究阐述了天然免疫信号传导重要蛋白IFI16 HINa结构域识别DNA激活下游信号通路的结构基础。

天然免疫(innate immune)(也称"固有免疫"或"非特异性免疫")系统通过模式识别受体(pattern-recognition receptors,PRRs)对细菌、病毒等入侵微生物中高度保守的、不存在于健康的宿主细胞中的病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)进行特异性识别,从而感知外来微生物入侵并激活多种胞内信号通路和基因表达,启动机体免疫反应。由DNA病毒或致病菌感染,以及受损的宿主细胞或逃逸凋亡的细胞进入胞质内并释放双链DNA可以激发天然免疫反应,促使I型干扰素产生以消除病原体。核酸是病毒感染过程中最主要的PAMPs。

近年来,PRRs对病原微生物遗传物质核酸的识别已成为天然免疫学研究的热点。胞质内DNA的识别机制和信号通路被不断完善,DAI、AIM2、RNA polymerase III、LRRFIP1、IFI16、DDX41、DNA-PKC、cGAS等DNA感受因子被相继发现。其中AIM2(absent in melanoma 2)和IFI16(interferon, gamma-inducible protein 16)是PHYIN(又称为HIN-200,即the interferon-inducible p200-protein)蛋白家族成员。研究人员在其以前解析AIM2 HIN结构域与双链DNA复合物的基础上,此次又针对IFI16 HIN结构域复合物进行了解析。虽然用于复合物晶体筛选的是单链DNA,但结晶过程中DNA似乎发生了自身退火,使得IFI16 HINa结构域的单链DNA复合物结构中显示的是蛋白与双链DNA结合。通过与HINb结构域复合物结构的比较,我们发现IFI16两个HIN结构域的整体结构很类似,但是却具有不同的DNA结合表面。HINb结构域通过linker区域和OB2 fold的氨基酸结合DNA骨架,HINa结构域则通过两个OB folds上的氨基酸来结合DNA。而二者最显着的区别是,一个HINb结构域分子和DNA的两条链都有相互作用,而一个HINa结构域分子却仅特异结合一条DNA链。这个发现证实了HINa能够结合单链DNA的独特功能。有意思的是,IFI16的HINb结构域删除突变减弱了对IFN-β的诱导,而DNA结合能力减弱的HINa突变体则增加了IFN-β的产生。这些结果对于阐明IFI16 HIN结构域在DNA识别中的功能和IFI16介导的天然免疫反应的激活提供了依据。

该研究刘志杰研究员为最后通讯作者,美国UCLA程根宏教授和生物物理所欧阳松应研究员为共同通讯作者,中科院青岛生物能源与过程所冯银刚研究员也对本项研究做出重要贡献。该研究得到了科技部973项目、传染病防治科技重大专项,国家自然科学基金委,中国科学院和北京市科委的资助。(生物谷Bioon.com)

文章链接:

New insights into the structural basis of DNA recognition by HINa and HINb domains of IFI16

doi:10.1093/jmcb/mjv053

Xiangmin Ni, Heng Ru, Feng Ma, Lixia Zhao, Neil Shaw, Yingang Feng, Wei Ding, Weibin Gong, Qiaofeng Wang, Songying Ouyang, Genhong Cheng, and Zhi-Jie Liu

Interferon gamma-inducible protein 16 (IFI16) senses DNA in the cytoplasm and the nucleus by using two tandem hematopoietic interferon-inducible nuclear (HIN) domains, HINa and HINb, through the cooperative assembly of IFI16 filaments on double-stranded DNA (dsDNA). The role of HINa in sensing DNA is not clearly understood. Here, we describe the crystal structure of the HINa domain in complex with DNA at 2.55 ? resolution and provide the first insight into the mode of DNA binding by the HINa domain. The structure reveals the presence of two oligosaccharide/nucleotide-binding (OB) folds with a unique DNA-binding surface. HINa uses loop L45 of the canonical OB2 fold to bind to the DNA backbone. The dsDNA is recognized as two single strands of DNA. Interestingly, deletion of HINb compromises the ability of IFI16 to induce IFN-β, while HINa mutants impaired in DNA binding enhance the production of IFN-β. These results shed light on the roles of IFI16 HIN domains in DNA recognition and innate immune responses.

 

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