Science聚焦先天免疫重要“武器”

日期：2014-03-04 08:58:26

人體中對(duì)抗感染的一個(gè)重要武器進(jìn)入到更為清晰的視野中。普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了將病毒遺傳物質(zhì)切成碎片，并幫助抵抗細(xì)菌的一種酶的三維結(jié)構(gòu)。

揭示這一人體“先天免疫系統(tǒng)”第一響應(yīng)者的結(jié)構(gòu)，有可能促成新的策略對(duì)抗傳染原、前列腺及肥胖。這項(xiàng)研究工作發(fā)表在2月27日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者、普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)助理教授Alexei Korennykh說(shuō)，直到現(xiàn)在科學(xué)界一直缺乏人類RNase L酶的結(jié)構(gòu)模型。

“現(xiàn)在我們獲得了人類RNase L的結(jié)構(gòu)，我們開始了解RNase L基因致癌突變的影響。例如，一些罹患遺傳性前列腺癌的家庭往往在編碼RNase L的基因座中攜帶著一些遺傳突變。這種關(guān)聯(lián)如此強(qiáng)大，以致RNase L基因座也被稱作‘遺傳性前列腺癌1（hereditary prostate cancer 1）’。新發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)揭示了這些突變的位置，解釋了其中一些突變可能有害，或許致癌的原因。此外，RNase L對(duì)于胰島素功能也至關(guān)重要，一直與肥胖相關(guān)聯(lián)，”Korennykh說(shuō)。

RNase L是先天免疫系統(tǒng)中的一個(gè)重要作用因子。先天免疫系統(tǒng)可對(duì)入侵物做出快速及廣泛的響應(yīng)包括生成一種叫做干擾素的分子。干擾素將來(lái)自感染細(xì)胞的危險(xiǎn)信號(hào)分程傳遞給鄰近健康細(xì)胞，由此激活RNase L開啟其切割RNA的能力。結(jié)果導(dǎo)致新細(xì)胞武裝起來(lái)破壞外源RNA。

Korennykh和他的研究小組揭示，這一三維結(jié)構(gòu)由兩個(gè)幾乎完全相同的稱作為原聚體（protomer）的亞基所構(gòu)成。研究人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)原聚體找到并附著到RNA上，另一個(gè)原聚體則負(fù)責(zé)剪斷它。

第一個(gè)原聚體緊抓住構(gòu)成RNA密碼的其中一個(gè)堿基，尤其是“U”堿基。另一個(gè)原聚體“計(jì)數(shù)”從U開始的RNA堿基，準(zhǔn)確地跳過(guò)一個(gè)堿基，然后切割RNA。

盡管RNase L可以切割任何的RNA，甚至人體自身細(xì)胞的RNA，但它只會(huì)在受到干擾素激活時(shí)才這樣做。

Korennykh說(shuō)：“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)兩個(gè)完全相同的原聚體具有不同的作用，一個(gè)結(jié)合一個(gè)切割。一些酶通常采用不同的位點(diǎn)來(lái)結(jié)合底物，催化反應(yīng)。就RNase L而言，似乎完全相同的蛋白質(zhì)表面可以完成結(jié)合和催化。一個(gè)RNase L亞基隨機(jī)發(fā)揮結(jié)合作用，而另一個(gè)相同的亞基別無(wú)選擇只能完成催化作用。”

為了闡析RNase L酶的結(jié)構(gòu)，研究人員首先構(gòu)建了一個(gè)RNase L酶的晶體。主要的挑戰(zhàn)是找到一種方法適當(dāng)?shù)亟M合化學(xué)處理，在不破壞該酶的情況下迫使其結(jié)晶。

在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和錯(cuò)誤之后，借助一種自動(dòng)化系統(tǒng)博士后研究人員Jesse Donovan和研究生Yuchen Han成功地生成了這一晶體。

隨后采用強(qiáng)大的X射線轟擊這一晶體，當(dāng)X射線擊中晶體中的原子時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，形成的衍射模式可顯示晶體的結(jié)構(gòu)。這些衍射模式揭示出了RNase L原子在三維空間中的排列情況。

同時(shí)，Korennykh實(shí)驗(yàn)室的研究生Sneha Rath利用合成RNA片段著手研究了解了RNase L切割RNA的機(jī)制。Rath的結(jié)果與Han 和Donovan的結(jié)構(gòu)研究結(jié)果相匹配，兩個(gè)數(shù)據(jù)最終揭示了RNase L是如何切割它的RNA靶標(biāo)的。