背景
上一期我们重点介绍了细胞内dsDNA的免疫传感器cGAS，这期我们来了解细胞内另一类重要的核酸感受器--RNA 免疫感受器RLRs。RLRs是细胞内识别病毒RNA并激活先天免疫的关键受体家族，包括RIG-I、MDA5和LGP2。它们在多种细胞中表达，调控IFNs和细胞因子的产生。每个RLR成员都含有DEXD/H盒RNA解旋酶和ATP酶活性，以及RNA结合必需的C末端结构域。RIG-I和MDA5具有CARDs，与IPS-1/MAVS相互作用传递信号，而LGP2则调节RIG-I和MDA5的信号。RIG-I/MDA5识别双链RNA（dsRNA），进而激活下游的信号通路，引发I型干扰素（IFN）和其他抗病毒基因的表达。RIG-I/MDA5的激活对于宿主抵抗RNA病毒的感染至关重要，同时也与自身免疫疾病、肿瘤免疫监视等病理过程相关。
01
RIG-I区分宿主和外源RNA
RIG-I如何区分宿主RNA和外源RNA一直是其发挥效应的关键。
这篇2022年发表在Molecular Cell的《The RIG-I receptor adopts two different conformations for distinguishing host from viral RNA ligands》通过一系列高分辨率冷冻电镜结构揭示了RIG-I如何区分宿主和病毒RNA的物理基础。研究发现，RIG-I通过采用两种不同类型的蛋白质折叠来区分宿主和病毒RNA。
图1 RIG-I的识别RNA的结构基础
当RIG-I结合病毒RNA时，它采取一种高亲和力构象，有利于信号传导；而宿主RNA则诱导一种自抑制构象，促进RNA释放。这种通过蛋白质折叠与RNA结合选择性耦合的方式，使得RIG-I能够区分仅相差一个磷酸基团的RNA分子，从而解释了选择性抗病毒感应和RIG-I失调时自身免疫诱导的分子基础。
原文链接: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.09.029
02
RIG-I 参与DNA损伤修复
RIG-I除了在RNA识别中发挥重要作用，越来越多的研究发现其参与细胞的其他途径。这篇2021年发表在Nature Communications的《Reciprocal regulation of RIG-I and XRCC4 connects DNA repair with RIG-I immune signaling》揭示了RIG-I在DNA修复和免疫信号中的双重作用。
研究发现RIG-I不仅能够识别RNA病毒并启动MAVS-IRF3型I IFN信号级联，还被招募到DNA双链断裂（DSBs）处并抑制非同源末端连接（NHEJ）途径。RIG-I与XRCC4相互作用，阻碍XRCC4/LIG4/XLF复合体在DSBs的形成，从而损害DNA修复并使癌细胞对放射治疗更敏感。相反，RIG-I的缺失使细胞对辐射产生抵抗力。此外，RIG-I通过抑制NHEJ途径，限制逆转录病毒整合入宿主基因组。XRCC4在RIG-I免疫信号中也发挥关键作用，通过增强RIG-I的寡聚化和泛素化，促进I型IFN反应，抑制RNA病毒复制。在小鼠模型中，XRCC4的沉默促进了流感病毒的复制，并导致更快的体重下降、更差的生存率和更严重的肺损伤。这项研究提供了RIG-I在抑制DNA修复和病毒整合中的新功能，并赋予XRCC4在增强先天免疫反应中的关键角色，为理解RIG-I在抗病毒天然免疫中的作用提供了新的视角。
原文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-021-22484-7
03
磷酸酶DUSP4磷酸化TBK1
激活RIG-I 和cGAS
除了经典RIG-I通路上的相互作用蛋白，越来越多的研究发现RIG-I可以被其他蛋白调控。在2024年Cell Death & Differentiation上发表的《DUSP4 modulates RIG-I- and STING-mediated IRF3-type I IFN response》中作者发现DUSP4在调节由细胞质核酸激活的信号事件中发挥作用，特别是RIG-I和STING介导的信号通路。
DUSP4（也称为MKP2）是一种能够调节细胞内信号分子激活和去激活的双特异性MAPK磷酸酶（MKP）。DUSP4参与包含ERK1/2、TBK1和IRF3的信号复合体的组装，响应各种细胞质模式识别受体（PRRs）的刺激，包括RIG-I和STING，从而调节ERK1/2和TBK1的激活。此外，研究提供了证据支持ERK1/2可能作为IRF3激酶，直接调节其激活，表明DUSP4可能通过靶向TBK1和ERK1/2来调节IRF3型的I型干扰素（IFN）系统。这项研究揭示了DUSP4在调节抗病毒免疫反应中的新角色，特别是在控制I型IFN反应中的重要性。
原文链接: https://doi.org/10.1038/s41418-024-01269-7
04
PETNα 抑制RIG-I识别病毒RNA
另外2024年发表在Nature Chemical Biology上的《RNA-binding protein PTENα blocks RIG-I activation to prevent viral inflammation》研究结果发现，PTENα作为一种RNA结合蛋白，不仅影响脂质和蛋白磷酸化水平，还具有RNA磷酸酶活性，参与调控RIG-I的活化与功能。
PTENα是一种N端延伸形式的PTEN，具有RNA结合蛋白的特性，并且偏好CAUC(G/U)UCAU基序。通过体内外病毒感染实验，作者证明PTENα依靠其RNA结合能力和磷酸酶活性来限制宿主先天免疫反应。从机制上讲，PTENα直接与病毒RNA结合，并将其5'-三磷酸转化为5'-单磷酸，从而降低RIG-I的敏感性。在生理层面，脑内PTENα对病毒炎症具有保护作用，而外周PTENα则限制宿主的抗病毒免疫，并在一定程度上促进病毒复制。这一发现不仅深化了对病毒感染与免疫反应关系的理解，也为病毒感染的免疫治疗提供了新的策略。
图2 PTENα参与RIG-I的识别
原文链接: https://doi.org/10.1038/s41589-024-01621-5
05
MDA5 识别dsRNA
除了RIG-I，另一个RNA免疫感受器MDA5也在免疫应答方面发挥重要作用。这篇2021年发表在Nature Communications上的《MDA5 disease variant M854K prevents ATP-dependent structural discrimination of viral and cellular RNA》研究了MDA5疾病相关变异体M854K如何干扰MDA5与双链RNA（dsRNA）的识别。
研究发现，M854K变异体的MDA5在没有外源RNA情况下也能激活干扰素信号传导，且缺乏ATP酶活性，与合成的Alu:Alu dsRNA结合更稳定。通过冷冻电镜（cryoEM）结构分析，研究人员发现M854K变异体的MDA5在ATP水解的不同阶段，K854侧链形成了极性键，限制了MDA5结构域的构象，破坏了ATP酶周期中的关键步骤—RNA足迹扩展和螺旋扭曲调节。M854K变异通过变构机制抑制了ATP依赖性的RNA校对，允许MDA5在内源RNA上形成信号复合体。这项工作为理解MDA5在健康和疾病中如何识别dsRNA提供了物理基础。
图3 ATP结合的M854K MDA5-dsRNA丝的低温电镜结构
原文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-021-27062-5
总结
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往期回顾
Science Advances | 工程化的免疫调节辅助细胞在没有免疫抑制的情况下改善实验性同种异体胰岛移植
ACS Nano | 具有选择性结合免疫细胞和调节功能的DNA纳米器件
M3R Lab
作者｜cyt
审核｜sj
排版｜xjc
