您好,欢迎光临欣博盛生物科技商城!
服务热线:400 680 0892
新闻资讯 News

双链RNA的感受器NLRP1—人源NLRP1识别RNA病毒感染活化炎症小体

2021-11-03
浏览次数: 34

炎症小体(Inflammasomes)是机体免疫细胞内识别炎症性或损伤性刺激完成活化的炎症复合体。其功能实现通过位于胞质的感受器(如NLRP3、AIM2等)实现炎症小体组装,完成对炎症性Caspase(Caspase-1/4/5)的活化。炎症性Caspase进一步通过活化IL-1β/18增敏免疫系统,并水解Gasdermin引发焦亡【1】。


炎症小体感受器主要包括NLR(Nucleotide-binding domain Leucine-rich Repeat)家族成员,其中最经典研究最广泛的是NLRP3蛋白。NLR家族蛋白普遍含有LRR(Leucine-rich Repeat)结构域,可直接识别上游炎症信号。但作为第一个被发现的炎症小体感受器NLRP1却一直是该家族中比较特殊的存在【2】,关于它的具体功能和激活方式在长期以来存在争议:


1)经典的NLRP3含有PYD结构域,必须通过接头蛋白ASC才能结合Caspase-1完成炎症小体的组装。但NLRP1同时含有N端的PYD和C端的CARD结构域,所以既往研究认为,NLRP1既可以通过ASC,也可以不依赖ASC激活Caspase-1【3】;2)早期研究已发现 NLRP1通过识别炭疽杆菌(Bacillus anthracis)的致死因子LF(lethal factor)激活,机制一直不清。在去年Science背靠背发表的研究同时发现炭疽杆菌(Bacillus anthracis)的致死因子LF(lethal factor)通过依赖蛋白酶体的N端降解方式水解NLRP1的N端序列,暴露出活性的C端UPA-CARD结构域,可以直接结合Caspase-1的CARD而不依赖ASC完成活化【4, 5】(详见bioart文章: Science 背靠背| 破解NLRP1炎症小体的活化之谜)。近期发表的Science研究也再次发现鼻病毒内HRV 3C蛋白酶也能水解NLRP1实现类似的活化过程【6】。在如此多研究证实NLRP1通过C端CARD完成活化的机制后,其N端的PYD以及NACHT结构域却一直未能崭露头角。


慕尼黑工业大学的Veit Hornung课题组长期关注固有免疫中病原识别受体的功能,日前在Science发表题为 Human NLRP1 is a sensor for double-stranded RNA 的研究,发现皮肤组织内的NLRP1是RNA病毒感受器,PYD识别dsRNA后通过NACHT水解ATP实现活化,依赖ASC和Caspase-1完成炎症小体组装,从而激活IL-1beta和GSDMD引起炎症反应。


研究人员首先关注到,在上皮屏障组织中存在NLRP1的高丰度表达,故以人源永生化的角质细胞N/TERT-1为模型,研究NLRP1对病毒感染的响应。已有研究发现DDP8/9抑制剂VbP可激活NLRP1炎症小体【7】。在N/TERT-1细胞内敲除NLRP1和ASC等炎症小体成员后,VbP处理发现IL-1beta活化明显减少。而使用病毒为感染模型,则发现RNA病毒SFV(semliki forrest virus)可以活化N/TERT-1细胞IL-1beta,而DNA病毒不能,且该效应依赖NLRP1和ASC,提示NLRP1可能参与RNA病毒感染过程。有意思的是,N/TERT-1细胞对能激活NLRP3、NLRC4活化的信号则没有响应,说明在皮肤组织内,可能仅保留了NLRP1介导的炎症小体通路。


研究人员继续以poly(I:C)模拟RNA病毒感染,发现也可以引起由NLRP1依赖的IL-1beta活化,且敲除NLRP1后明显减少Caspase-1活化和细胞焦亡,且不影响干扰素通路。


研究人员试图验证鼠源Nlrp1蛋白对RNA病毒感染的效应。意外的是,在NLRP1缺失N/TERT-1细胞内回补了鼠源Nlrp1b,仍可以对VbP发生响应,但poly(I:C)无法活化由鼠源Nlrp1b介导的炎症小体活化,即鼠源Nlrp1b不响应RNA病毒感染。此外,N端降解功能的抑制剂Me-Bs不能抑制poly(I:C)引起的炎症小体活化。这些结果提示NLRP1在上皮组织内识别RNA感染的功能具有种属和组织特异性。


至此,关于功能部分,研究人员已经完成比较清晰的论证。在机制上,研究人员分析推测人源NLRP1的N端结构可以识别病毒核酸序列,并通过Pull-down实验,证实NLRP1可以直接结合dsRNA和dsDNA(Kd值为241.7nM和336.7nM)。通过截短体验证LRR结构域负责结合dsRNA和dsDNA,NACHT结构可以增强其结合效应。而鼠源的Nlrp1b蛋白则不能结合dsRNA和dsDNA。通过模拟分析,研究人员推测LRR结构域表面呈正电的氨基酸负责了与核苷酸的识别。


既往已经发现的多种核酸结合蛋白均可以体外结合dsRNA和dsDNA,但这种结合并不一定能在功能上活化下游通路。研究人员进一步发现,NACHT结构域具有ATP水解酶活性,当LRR结合dsRNA后,NACHT可以水解ATP后引起蛋白构象改变从而完成NLRP1的活化,而dsDNA则没有这种效应。


本研究给NLRP1的功能和机制的研究增加了很多新鲜的内容:1)首先在功能上,这项工作首次发现NLRP1可以响应RNA病毒的感染,这种功能与NLRP1响应炭疽LF因子不同:LF通过N端降解功能水解出C端的CARD,直接结合Caspase-1组成炎症小体,而RNA病毒感染则是通过结合LRR和NACHT结构域,依赖于ASC组装炎症小体。这项发现补充了NLRP1结构域上的新功能,并证实这是两套相对独立的识别病原体途径。2)其次,NLRP1具有RNA结合功能,是新证实的胞质内RNA病毒感受器。既往的炎症小体上游感受器仅发现AIM2可识别DNA病毒和胞内菌DNA序列,该发现补充了炎症小体在RNA病毒感染中的空白。3)最后,NLRP1的这个新功能仅在人源上皮组织中验证出来,提示这是人类对RNA病毒在皮肤这道屏障中的特殊响应功能,而小鼠的Nlrp1b蛋白则不具有该功能。


本研究工作在解析NLRP1的新功能之余也留了太多未解决的问题。虽然研究人员试图证明NLRP1具有结合dsRNA和水解ATP的活性,但仍缺少直接的生化基础和结构分析证明其功能。虽然NLRP1炎症小体参与RNA病毒感染免疫具有足够的新意,但因为小鼠同源蛋白缺失该功能,本研究缺少足够的体内实验证据,且关于该功能的起源和分子进化仍需要进一步研究讨论。


参考文献:


[1]BROZ P, DIXIT V M. Inflammasomes: Mechanism of Assembly, Regulation and Signalling[J]. Nature Reviews Immunology, 2016, 16(7): 407–420. DOI:10.1038/nri.2016.58.


[2]MARTINON F, BURNS K, TSCHOPP J. The Inflammasome: A Molecular Platform Triggering Activation of Inflammatory Caspases and Processing of ProIL-Beta[J]. Molecular Cell, 2002, 10(2): 417–426. DOI:10.1016/s1097-2765(02)00599-3.


[3]VAN OPDENBOSCH N, GURUNG P, VANDE WALLE L, 等. Activation of the NLRP1b Inflammasome Independently of ASC-Mediated Caspase-1 Autoproteolysis and Speck Formation[J]. Nature Communications, 2014, 5(1): 3209. DOI:10.1038/ncomms4209.


[4]SANDSTROM A, MITCHELL P S, GOERS L, 等. Functional Degradation: A Mechanism of NLRP1 Inflammasome Activation by Diverse Pathogen Enzymes[J]. Science, 2019, 364(6435): eaau1330. DOI:10.1126/science.aau1330.


[5]CHUI A J, OKONDO M C, RAO S D, 等. N-Terminal Degradation Activates the NLRP1B Inflammasome[J]. Science, 2019, 364(6435): 82–85. DOI:10.1126/science.aau1208.


[6]ROBINSON K S, TEO D E T, TAN K S, 等. Enteroviral 3C Protease Activates the Human NLRP1 Inflammasome in Airway Epithelia[J]. Science (New York, N.Y.), 2020. DOI:10.1126/science.aay2002.


[7]ZHONG F L, ROBINSON K, TEO D E T, 等. Human DPP9 Represses NLRP1 Inflammasome and Protects against Autoinflammatory Diseases via Both Peptidase Activity and FIIND Domain Binding[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2018, 293(49): 18864–18878. DOI:10.1074/jbc.RA118.004350.


本文系转载,如有侵权,请联系在线客服~


分享到:
关注欣博盛公众号
Copyright ©2021 - 2023 深圳欣博盛生物科技有限公司
  网站地图
犀牛云提供企业云服务