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我校海洋学院陈新华团队解析硬骨鱼类I型干扰素IFNi的晶体结构并揭示其与受体结合的分子机制

发布时间:2022-08-03    作者:海洋学院 陈景杰 文/图    浏览:332

近日,我校海洋学院陈新华团队的研究解析了大黄鱼I型干扰素IFNi的高分辨(1.39 Å)晶体结构,并揭示了IFNi与受体结合的详细机制。研究结果以题为“Molecular and Structural Basis of Receptor Binding and Signaling of a Fish Type I IFN with Three Disulfide Bonds”的论文发表于期刊The Journal of Immunology。

I型干扰素对大多数病毒的先天防御至关重要,也在引发宿主适应性免疫反应中发挥重要作用 。目前,哺乳类I型干扰素的抗病毒功能与受体结合机制研究得较为清楚,哺乳动物I型干扰素(IFN-α/β)主要含有1~2对分子内二硫键,通过结合细胞膜表面的异源受体IFNAR1和IFNAR2进而激活JAK-STAT信号通路。硬骨鱼类I型干扰素也被广泛研究并证明其具有重要的抗病毒效应,然而关于硬骨鱼类I型干扰素识别并结合相应受体的详细机制尚不清楚。大黄鱼(Larimichthys crocea, Lc)IFNi刺激头肾白细胞后能够显著激活JAK-STAT信号通路中的调控因子(JAK1,STAT1,STAT2,IRF9)以及促进抗病毒基因(MxA,PKR,Viperin)的表达,同时可提高STAT1和STAT2的磷酸化水平(图1)。

图1. 大黄鱼IFNi蛋白刺激头肾白细胞激活JAK-STAT信号通路

通过荧光素酶报告基因筛选,Co-IP,分子筛层析,受体抗体阻断等实验证明LcCRFB2和LcCRFB5为LcIFNi的信号传导受体,且可形成稳定的LcIFNi/LcCRFB2-Ex/LcCRFB5-Ex三元复合物;ITC(Isothermal titration calorimetry)实验进一步证明LcCRFB5为LcIFNi的较高亲和力受体(图2)。


图2. 大黄鱼IFNi受体的筛选与互作实验

利用蛋白晶体学技术解析了LcIFNi的高分辨三维结构,发现LcIFNi具有独特的3对二硫键结构,这在I型干扰素结构中是首次报道的(图3)。

图3. 大黄鱼IFNi的晶体结构以及和同源结构的比较

基于LcIFNi的晶体结构以及预测的LcCRFB2-Ex和LcCRFB5-Ex三维结构模型,我们利用人源的IFNω/IFNAR1/IFNAR2三元复合物结构搭建了LcIFNi/LcCRFB2-Ex/LcCRFB5-Ex的三元复合物模型。通过氨基酸突变和功能实验,进一步验证LcIFNi与受体间的关键互作氨基酸。综合复合物模型的分析,我们认为LcIFNi/LcCRFB2-Ex与IFNω/IFNAR2具有较为相似的空间结合模式,而LcIFNi/LcCRFB5-Ex与IFNω/IFNAR1的空间结合模式差异较大。我们的研究结果首次报道了鱼类中具有3对二硫键的I型干扰素晶体结构,同时为认识鱼类中I型干扰素与受体的详细结合机制提供了新的证据(图4)。

图4. 大黄鱼IFNi的JAK-STAT信号传导和IFNi与受体CRFB2/CRFB5结合模式

金沙贵宾会员0029为该论文第一署名单位,陈新华团队博士生陈景杰、关燕云为该论文共同第一作者,金沙贵宾会员0029海洋学院陈新华教授为该论文的通讯作者,福建师范大学生命科学学院欧阳松应教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系等项目的资助。

论文链接:http://www.jimmunol.org/content/early/2022/07/29/jimmunol.2200202