Science聚焦先天免疫重要“武器”

 

人体中对抗感染的一个重要武器进入到更为清晰的视野中。普林斯顿大学的研究人员发现了将病毒遗传物质切成碎片，并帮助抵抗细菌的一种酶的三维结构。

 

揭示这一人体“先天免疫系统”第一响应者的结构，有可能促成新的策略对抗传染原、前列腺及肥胖。这项研究工作发表在2月27日的《科学》（Science）杂志上。

 

研究小组的领导者、普林斯顿大学分子生物学助理教授Alexei Korennykh说，直到现在科学界一直缺乏人类RNase L酶的结构模型。

 

“现在我们获得了人类RNase L的结构，我们开始了解RNase L基因致癌突变的影响。例如，一些罹患遗传性前列腺癌的家庭往往在编码RNase L的基因座中携带着一些遗传突变。这种关联如此强大，以致RNase L基因座也被称作‘遗传性前列腺癌1（hereditary prostate cancer 1）’。新发现的结构揭示了这些突变的位置，解释了其中一些突变可能有害，或许致癌的原因。此外，RNase L对于胰岛素功能也至关重要，一直与肥胖相关联，”Korennykh说。

 

RNase L是先天免疫系统中的一个重要作用因子。先天免疫系统可对入侵物做出快速及广泛的响应包括生成一种叫做干扰素的分子。干扰素将来自感染细胞的危险信号分程传递给邻近健康细胞，由此激活RNase L开启其切割RNA的能力。结果导致新细胞武装起来破坏外源RNA。

 

Korennykh和他的研究小组揭示，这一三维结构由两个几乎完全相同的称作为原聚体（protomer）的亚基所构成。研究人员发现一个原聚体找到并附着到RNA上，另一个原聚体则负责剪断它。

 

第一个原聚体紧抓住构成RNA密码的其中一个碱基，尤其是“U”碱基。另一个原聚体“计数”从U开始的RNA碱基，准确地跳过一个碱基，然后切割RNA。

 

尽管RNase L可以切割任何的RNA，甚至人体自身细胞的RNA，但它只会在受到干扰素激活时才这样做。

 

Korennykh说：“我们惊讶地发现两个完全相同的原聚体具有不同的作用，一个结合一个切割。一些酶通常采用不同的位点来结合底物，催化反应。就RNase L而言，似乎完全相同的蛋白质表面可以完成结合和催化。一个RNase L亚基随机发挥结合作用，而另一个相同的亚基别无选择只能完成催化作用。”

 

为了阐析RNase L酶的结构，研究人员首先构建了一个RNase L酶的晶体。主要的挑战是找到一种方法适当地组合化学处理，在不破坏该酶的情况下迫使其结晶。

 

在经过多次试验和错误之后，借助一种自动化系统博士后研究人员Jesse Donovan和研究生Yuchen Han成功地生成了这一晶体。

 

随后采用强大的X射线轰击这一晶体，当X射线击中晶体中的原子时会发生衍射，形成的衍射模式可显示晶体的结构。这些衍射模式揭示出了RNase L原子在三维空间中的排列情况。

 

同时，Korennykh实验室的研究生Sneha Rath利用合成RNA片段着手研究了解了RNase L切割RNA的机制。Rath的结果与Han 和Donovan的结构研究结果相匹配，两个数据最终揭示了RNase L是如何切割它的RNA靶标的。

 

最后，高级研究专家Gena Whitney和研究生Alisha Chitrakar在人类细胞中完成了另外一些针对RNase L的研究，证实了这一三维结构。

 

Korennykh说，现在揭开了这一人类结构，研究人员就可以探索一些途径来增强或抑制RNase L活性实现医学和治疗用途。