天然免疫受体p204蛋白识别病原体DNA的分子机制

Recognition of nucleic acids by the innate immune system is central to antiviral and antibacterial defenses, as well as an important contributor to autoimmune diseases. Researchers paid more and more attention to the role of PYHIN proteins as receptors for microbial DNA in immune responses. Although the molecular mechanisms by which the individual HIN domain recognizes DNA have been elucidated, the molecular mechanisms of cooperativity between HINa and HINb during DNA recognition process are still unknown. In this project, we aim to reveal the structural basis of DNA recognition by tandem HIN domains by structural determination of p204 HINab-DNA complex. At the same time, we try to determine structures of p204 PYD, HINa, HINb and HINab domain, and combine with small-angle X-ray scattering and cryo-electron microscopy methods to reveal the conformational changes of p204 protein upon binding to pathogen DNA. Cell-based functional experiments will be performed to validate the molecular mechanism by which p204 protein recognizes pathogen DNA and activates downstream signals. In addition, based on the structural and interaction information, we expect to identify potential drug target site for rational drug design against pathogenic and autoimmune diseases.

天然免疫系统对核酸的识别是抗病毒和抗菌防御的核心，也是涉及自身免疫疾病的重要因素。PYHIN家族蛋白作为微生物DNA受体，在天然免疫反应中的作用受到越来越多的关注。虽然该家族蛋白单独HIN结构域识别DNA的分子机制已被报道，但HINa和HINb结构域协同识别DNA的分子机制尚不清楚。本项目拟通过解析PYHIN家族成员p204蛋白HINab结构域与DNA复合物的晶体结构，揭示串联HIN结构域协同识别病原体DNA的结构基础；解析p204蛋白PYD、HINa、HINb以及HINab结构域的晶体结构，结合小角散射、冷冻电镜等方法揭示p204蛋白结合病原体DNA前后的构象变化，辅以细胞功能实验阐明p204蛋白识别病原体DNA及激活下游信号的分子机制；此外，通过所获得的结构及相互作用信息，发现能增强或减弱识别DNA以及活化下游信号通路的关键结构区段，从而为抵抗感染和自身免疫疾病提供潜在药物设计靶点。

作为病原体DNA传感器的PYHIN家族蛋白，在感染性疾病和自身免疫疾病相关的天然免疫中的作用越来越明显，受到了人们大量的关注。该家族成员人源IFI16及其鼠同源蛋白p204在非序列特异性dsDNA感应中起作用，但是目前对其具有的串联HIN结构域如何识别病原体DNA的分子机制仍不清楚。本项目解析了鼠源p204蛋白HINa、HINb结构域以及HINab:dsDNA复合物的晶体结构，发现p204 HINab主要通过HINa和HINb的α2螺旋以及它们之间的linker结合dsDNA，通过荧光偏振实验证实HINa和HINb以协同地方式结合dsDNA。小角散射实验分析发现HINa和HINb之间的linker具有动态柔性，推测其在结合dsDNA前后发生约90°的改变以适应dsDNA的结合。结合对同源蛋白IFI16已有的研究，我们提出了p204/IFI16在识别病原体dsDNA前后的构象变化从而激活下游信号通路的模型。这些研究结果加深了我们对p204/IFI16蛋白识别病原体DNA后激活下游信号的分子机制的了解，也为理解PYHIN家族蛋白串联HIN结构域识别病原体DNA并激活下游信号的分子机制提供重要线索。此外，该项目的研究也为发现抵抗病原体感染和自身免疫疾病的先导化合物提供潜在药物设计靶点。