JMCB:天然免疫反應機制研究取得新進展

近日，國際學術期刊Journal of Molecular Cell Biology在線發表了來自中國科學院生物物理所、美國UCLA、昆明醫科大學和青島生物能源與過程所合作完成的最新研究成果："New insights into the structural basis of DNA recognition by HINa and HINb domains of IFI16"，該研究闡述了天然免疫信號傳導重要蛋白IFI16 HINa結構域識別DNA激活下遊信號通路的結構基礎。

天然免疫（innate immune）（也稱"固有免疫"或"非特異性免疫"）系統通過模式識別受體（pattern-recognition receptors，PRRs）對細菌、病毒等入侵微生物中高度保守的、不存在於健康的宿主細胞中的病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）進行特異性識別，從而感知外來微生物入侵並激活多種胞內信號通路和基因表達，啟動機體免疫反應。由DNA病毒或致病菌感染，以及受損的宿主細胞或逃逸凋亡的細胞進入胞質內並釋放雙鏈DNA可以激發天然免疫反應，促使I型幹擾素產生以消除病原體。核酸是病毒感染過程中最主要的PAMPs。

近年來，PRRs對病原微生物遺傳物質核酸的識別已成為天然免疫學研究的熱點。胞質內DNA的識別機制和信號通路被不斷完善，DAI、AIM2、RNA polymerase III、LRRFIP1、IFI16、DDX41、DNA-PKC、cGAS等DNA感受因子被相繼發現。其中AIM2（absent in melanoma 2）和IFI16（interferon， gamma-inducible protein 16）是PHYIN（又稱為HIN-200，即the interferon-inducible p200-protein）蛋白家族成員。研究人員在其以前解析AIM2 HIN結構域與雙鏈DNA複合物的基礎上，此次又針對IFI16 HIN結構域複合物進行了解析。雖然用於複合物晶體篩選的是單鏈DNA，但結晶過程中DNA似乎發生了自身退火，使得IFI16 HINa結構域的單鏈DNA複合物結構中顯示的是蛋白與雙鏈DNA結合。通過與HINb結構域複合物結構的比較，我們發現IFI16兩個HIN結構域的整體結構很類似，但是卻具有不同的DNA結合表面。HINb結構域通過linker區域和OB2 fold的胺基酸結合DNA骨架，HINa結構域則通過兩個OB folds上的胺基酸來結合DNA。而二者最顯著的區別是，一個HINb結構域分子和DNA的兩條鏈都有相互作用，而一個HINa結構域分子卻僅特異結合一條DNA鏈。這個發現證實了HINa能夠結合單鏈DNA的獨特功能。有意思的是，IFI16的HINb結構域刪除突變減弱了對IFN-β的誘導，而DNA結合能力減弱的HINa突變體則增加了IFN-β的產生。這些結果對於闡明IFI16 HIN結構域在DNA識別中的功能和IFI16介導的天然免疫反應的激活提供了依據。

該研究劉志傑研究員為最後通訊作者，美國UCLA程根宏教授和生物物理所歐陽松應研究員為共同通訊作者，中科院青島生物能源與過程所馮銀剛研究員也對本項研究做出重要貢獻。該研究得到了科技部973項目、傳染病防治科技重大專項，國家自然科學基金委，中國科學院和北京市科委的資助。（生物谷Bioon.com）

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New insights into the structural basis of DNA recognition by HINa and HINb domains of IFI16

doi：10.1093/jmcb/mjv053

Xiangmin Ni， Heng Ru， Feng Ma， Lixia Zhao， Neil Shaw， Yingang Feng， Wei Ding， Weibin Gong， Qiaofeng Wang， Songying Ouyang， Genhong Cheng， and Zhi-Jie Liu

Interferon gamma-inducible protein 16 (IFI16) senses DNA in the cytoplasm and the nucleus by using two tandem hematopoietic interferon-inducible nuclear (HIN) domains， HINa and HINb， through the cooperative assembly of IFI16 filaments on double-stranded DNA (dsDNA). The role of HINa in sensing DNA is not clearly understood. Here， we describe the crystal structure of the HINa domain in complex with DNA at 2.55 ？ resolution and provide the first insight into the mode of DNA binding by the HINa domain. The structure reveals the presence of two oligosaccharide/nucleotide-binding (OB) folds with a unique DNA-binding surface. HINa uses loop L45 of the canonical OB2 fold to bind to the DNA backbone. The dsDNA is recognized as two single strands of DNA. Interestingly， deletion of HINb compromises the ability of IFI16 to induce IFN-β， while HINa mutants impaired in DNA binding enhance the production of IFN-β. These results shed light on the roles of IFI16 HIN domains in DNA recognition and innate immune responses.