科研进展 | 中国农业大学李鑫课题组揭示猪源NLRC3特异性识别短链病毒dsDNA调控cGAS激活的分子机制

健康 2024-10-12 17:05 广西

中国农业大学动物医学院、兽医公共卫生安全全国重点实验室李鑫教授课题组在iScience上发表了题为“Porcine NLRC3 specially binds short dsDNA to regulate cGAS activation”的最新研究成果，揭示了新型猪源模式识别受体NLRC3特异性结合短链dsDNA，调控cGAS激活的分子抑制。本研究发现灵长类动物LRR结构域R1031位点易于以“搭桥”模式结合长链dsDNA，而非灵长类动物LRR结构域G1032位点易于结合短链dsDNA，为比较人和家畜在天然免疫系统进化过程中，对病毒感染应答机制的差异提供新思路。

李鑫教授在博士后期间阐明了环鸟苷腺苷合成酶cGAS结合dsDNA形成2:2复合物，诱导cGAS发生寡聚化的激活机制 (Li et al., Immunity, 2013)；揭示了抑制性NOD样受体蛋白人源NLRC3 (hNLRC3) 是一种病毒核酸感受器，结合病毒dsDNA释放对STING和TBK1的抑制作用 (Li et al., Immunity, 2019)。宿主天然免疫系统通过精准的调节方式区分自我和非我dsDNA，避免过度激活产生的“炎症风暴”，核酸感受器cGAS和NLRC3均能结合病毒dsDNA，但二者之间的精细调控机制尚不清楚。

研究发现猪源NLRC3 (pNLRC3) 与hNLRC3在结合病毒dsDNA上具有较大差别，pNLRC3通过NBD和LRR结构域结合短链dsDNA，而hNLRC3则通过LRR结构域结合长链dsDNA。利用体外重组蛋白进行微量热涌动试验 (MST)，结果表明pNLRC3与短链dsDNA具有更高的亲和力（图1）。

图1. pNLRC3易于结合短链dsDNA

利用计算生物学方法，发现hNLRC3 R1031易于以“搭桥”模式结合长链dsDNA，pNLRC3 G1032则更易于结合短链dsDNA，而突变体pNLRC3 G1032R倾向于结合长链dsDNA，突变体hNLRC3 R1031G倾向于结合短链DNA，说明该位点决定了NLRC3结合长短链dsDNA的偏好性。此外，hNLRC3 R1031位点在灵长类动物NLRC3氨基酸序列中高度保守，pNLRC3 G1032位点在非灵长类动物NLRC3氨基酸序列中具有保守性（图2）。

图2. 非灵长类动物NLRC3 G1032位点决定对短链dsDNA识别的偏好性

研究进一步发现pNLRC3通过与cGAS互作抑制IFN-β的产生，能够与cGAS竞争结合dsDNA，从而抑制cGAS激活。pNLRC3结合短链dsDNA后释放对cGAS的抑制作用。酶活试验表明，与pNLRC3 WT相比，pNLRC3 G1032R与HSV60的结合能力显著增强，并减弱对cGAS的抑制作用，促进生成2’, 3’-cGAMP（图3）。

图3. pNLRC3结合短链dsDNA释放对cGAS的抑制作用

总之，本研究发现灵长类和非灵长类动物NLRC3在LRR结构域存在一个高度保守的氨基酸差异（R-G），决定其结合长短链dsDNA的偏好性，从而调控cGAS-STING信号通路的激活，为阐明天然免疫核酸感受器的物种进化提供新思路。

图4. 猪源NLRC3特异性结合短链病毒dsDNA调控cGAS激活的模式图

李鑫教授为该论文通讯作者，博士研究生李敏杰和天津大学生命科学学院祝诚副教授为第一作者。本研究获得国家自然科学基金面上项目（32373020）和国家重点研发计划项目（2022YFD1800300）等课题资助。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004224023708

来源：作者供稿

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