先天免疫是宿主抵禦病毒等微生物病原體的第一道防線。病毒核酸是一類重要的病原相關分子模式，宿主細胞質中存在一系列核酸感受器能夠識别病毒核酸進而啟動幹擾素等免疫應答通路。但是部分DNA病毒，如單純疱疹病毒和腺病毒等，可以直接将病毒DNA注入到宿主細胞核内進而逃避宿主細胞質中DNA感受器的識别。然而目前針對宿主細胞核内的DNA感受器的研究仍不夠深入。
近期，異質核糖核蛋白A2/B1（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2/B1，hnRNP A2/B1）被鑒定為一種新型的細胞核内的DNA感受器，它能夠識别細胞核内的病毒DNA并形成同源二聚體。hnRNP A2/B1同源二聚體是其易位到細胞質激活幹擾素信号通路的先決條件。然而hnRNP A2/B1識别DNA以及形成同源二聚體的分子機制仍不清楚。
伟徳国际官网登录入口醫藥生物技術國家重點實驗室籍曉雲教授團隊一直緻力于病毒感染及其引起的宿主細胞先天性免疫應答的分子機制研究。近日，該團隊通過X射線衍射技術獲得了hnRNP A2/B1與單鍊DNA（ssDNA）複合物的晶體結構，并通過生化實驗進一步證實DNA中的U型構象是誘導hnRNP A2/B1二聚化的關鍵，揭示了hnRNP A2/B1在抗病毒免疫以及其他細胞過程中的一種潛在功能（圖1）。
圖1. DNA誘導hnRNP A2/B1二聚化的分子機制示意圖
通過hnRNP A2/B1的核酸結合結構域（RRMs）與12 nt ssDNA複合物的高分辨率晶體結構，該團隊人員首次發現一種獨特的U型DNA構象能夠介導hnRNP A2/B1形成全新的二聚化模式（圖2A-B）。研究人員通過生化實驗發現溶液中的hnRNP A2/B1能夠結合具有U型結構的G-四鍊體ssDNA并形成蛋白質同源二聚體，而與線性ssDNA結合隻能形成摩爾比例1：1的蛋白質核酸複合物（圖2C-D）。此外，研究人員發現隻有含有U型凸起的雙鍊DNA（dsDNA）能與hnRNP A2/B1結合并誘發蛋白質二聚體的形成，缺乏凸起結構的dsDNA不能與hnRNP A2/B1結合（圖2E-F）。這些結果表明DNA的U型構象在誘導hnRNP A2/B1二聚過程中發揮了關鍵作用。
RRM結構域是研究最廣泛的核酸結合結構域之一。研究人員通過比對一系列RRMs與核酸複合物的三維結構發現了兩種可能的穩定二聚體組合（圖2G-H）。進一步的氨基酸突變實驗表明，隻有對在晶體結構中觀察到的蛋白質二聚體界面進行突變才會影響溶液中hnRNP A2/B1同源二聚體的形成（圖2I-J）。這證明溶液中的hnRNP A2/B1以晶體結構中呈現的二聚體模式（命名為“Dimer A2”模式）存在。
圖2. DNA的U型構象誘導hnRNP A2/B1在溶液中形成“Dimer A2”同源二聚體
DNA獨特的U型結構在病毒基因組和人類基因組如端粒中大量存在。該研究不僅提出了hnRNP A2/B1識别ssDNA或dsDNA中U型結構的一種全新的分子機制，也拓寬了對hnRNP A2/B1這一重要的DNA感受器在參與抗病毒免疫以及其他細胞過程中形成蛋白質同源二聚體模式的理解和認知。
該研究成果以“Structural insight into hnRNP A2/B1 homodimerization and DNA recognition”為題，于2023年2月1日發表在Journal of Molecular Biology上。伟徳国际官网登录入口博士研究生劉越和阿不都熱依木·阿布拉博士為該論文的共同第一作者，伟徳国际官网登录入口籍曉雲教授為該論文的通訊作者。該研究工作得到了國家重點研究計劃和國家自然科學基金等項目的資助。
文章鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283622005460