先天免疫是宿主抵御病毒等微生物病原體的第一道防線。病毒核酸是一類重要的病原相關(guān)分子模式，宿主細(xì)胞質(zhì)中存在一系列核酸感受器能夠識(shí)別病毒核酸進(jìn)而啟動(dòng)干擾素等免疫應(yīng)答通路。但是部分DNA病毒，如單純皰疹病毒和腺病毒等，可以直接將病毒DNA注入到宿主細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)而逃避宿主細(xì)胞質(zhì)中DNA感受器的識(shí)別。然而目前針對(duì)宿主細(xì)胞核內(nèi)的DNA感受器的研究仍不夠深入。

近期，異質(zhì)核糖核蛋白A2/B1（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2/B1，hnRNP A2/B1）被鑒定為一種新型的細(xì)胞核內(nèi)的DNA感受器，它能夠識(shí)別細(xì)胞核內(nèi)的病毒DNA并形成同源二聚體。hnRNP A2/B1同源二聚體是其易位到細(xì)胞質(zhì)激活干擾素信號(hào)通路的先決條件。然而hnRNP A2/B1識(shí)別DNA以及形成同源二聚體的分子機(jī)制仍不清楚。

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室籍曉云教授團(tuán)隊(duì)一直致力于病毒感染及其引起的宿主細(xì)胞先天性免疫應(yīng)答的分子機(jī)制研究。近日，該團(tuán)隊(duì)通過X射線衍射技術(shù)獲得了hnRNP A2/B1與單鏈DNA（ssDNA）復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，并通過生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)DNA中的U型構(gòu)象是誘導(dǎo)hnRNP A2/B1二聚化的關(guān)鍵，揭示了hnRNP A2/B1在抗病毒免疫以及其他細(xì)胞過程中的一種潛在功能（圖1）。

圖1. DNA誘導(dǎo)hnRNP A2/B1二聚化的分子機(jī)制示意圖

通過hnRNP A2/B1的核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（RRMs）與12 nt ssDNA復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)人員首次發(fā)現(xiàn)一種獨(dú)特的U型DNA構(gòu)象能夠介導(dǎo)hnRNP A2/B1形成全新的二聚化模式（圖2A-B）。研究人員通過生化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溶液中的hnRNP A2/B1能夠結(jié)合具有U型結(jié)構(gòu)的G-四鏈體ssDNA并形成蛋白質(zhì)同源二聚體，而與線性ssDNA結(jié)合只能形成摩爾比例1：1的蛋白質(zhì)核酸復(fù)合物（圖2C-D）。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)只有含有U型凸起的雙鏈DNA（dsDNA）能與hnRNP A2/B1結(jié)合并誘發(fā)蛋白質(zhì)二聚體的形成，缺乏凸起結(jié)構(gòu)的dsDNA不能與hnRNP A2/B1結(jié)合（圖2E-F）。這些結(jié)果表明DNA的U型構(gòu)象在誘導(dǎo)hnRNP A2/B1二聚過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

RRM結(jié)構(gòu)域是研究最廣泛的核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域之一。研究人員通過比對(duì)一系列RRMs與核酸復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)了兩種可能的穩(wěn)定二聚體組合（圖2G-H）。進(jìn)一步的氨基酸突變實(shí)驗(yàn)表明，只有對(duì)在晶體結(jié)構(gòu)中觀察到的蛋白質(zhì)二聚體界面進(jìn)行突變才會(huì)影響溶液中hnRNP A2/B1同源二聚體的形成（圖2I-J）。這證明溶液中的hnRNP A2/B1以晶體結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)的二聚體模式（命名為“Dimer A2”模式）存在。

圖2. DNA的U型構(gòu)象誘導(dǎo)hnRNP A2/B1在溶液中形成“Dimer A2”同源二聚體

DNA獨(dú)特的U型結(jié)構(gòu)在病毒基因組和人類基因組如端粒中大量存在。該研究不僅提出了hnRNP A2/B1識(shí)別ssDNA或dsDNA中U型結(jié)構(gòu)的一種全新的分子機(jī)制，也拓寬了對(duì)hnRNP A2/B1這一重要的DNA感受器在參與抗病毒免疫以及其他細(xì)胞過程中形成蛋白質(zhì)同源二聚體模式的理解和認(rèn)知。

該研究成果以“Structural insight into hnRNP A2/B1 homodimerization and DNA recognition”為題，于2023年2月1日發(fā)表在Journal of Molecular Biology上。南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生劉越和阿不都熱依木·阿布拉博士為該論文的共同第一作者，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院籍曉云教授為該論文的通訊作者。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283622005460

來源：南京大學(xué)