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一、開展使命導向的自然科學領域基礎研究,承擔國家重大基礎研究、應用基礎研究、前沿交叉共性技術研究和引領性顛覆性技術研究任務,打造原始創新策源地。 更多+
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細胞焦亡是由gasdermin (GSDM) 家族膜打孔蛋白介導的細胞程序性壞死,具有高度促炎的免疫學特征,是機體抵御病原感染、清除內源危險的重要機制。在抗細菌天然免疫應答中,炎癥小體激活的蛋白酶caspase-1和細菌脂多糖激活的蛋白酶caspase-4/5/11,可識別并切割GSDM家族成員GSDMD,釋放其N端效應結構域,并在細胞膜上寡聚打孔引起細胞焦亡。而在適應性細胞免疫應答中,細胞毒性淋巴細胞因通過穿孔素釋放顆粒酶,介導靶細胞發生細胞凋亡,長期以來被認為是淋巴細胞殺傷靶細胞的主要機制。
????此前研究發現,細胞毒性淋巴細胞釋放的顆粒酶A(GZMA)能夠直接切割和活化靶細胞內GSDM家族的另一個成員GSDMB,使靶細胞發生焦亡,這表明GSDM蛋白介導的細胞焦亡也是適應性細胞免疫的重要效應機制。顆粒酶家族是一類胰酶樣的絲氨酸蛋白酶,人體中有GZMA/B/H/M/K五個成員,在靶細胞內通過切割底物蛋白發揮功能,且不同成員具有不同底物譜。傳統觀點認為,顆粒酶識別的是底物蛋白切割位點的肽段序列,但目前GZMA已知的底物在切割位點附近并沒有保守的序列特征,因此學界對其如何識別GSDMB等生理底物尚不明晰。
1月26日,中國科學院生物物理研究所等研究團隊,揭示了具有二聚體結構特征的GZMA可利用專門的外位點,特異性識別焦亡蛋白GSDMB的結構基礎,并破解了殺傷性淋巴細胞GZMA介導靶細胞焦亡的精確機理。
研究發現,GZMA能夠以高親和力特異性結合GSDMB的C端自抑制結構域,并與GSDMB形成穩定的酶—底物復合物。研究團隊基于此,解析了GZMA與GSDMB的C端結構域復合物晶體結構。該結構清晰展示了GZMA以二聚體方式,對稱結合了2個GSDMB的C端結構域,其中二聚體界面的凹槽部位作為獨立于GZMA酶活中心的外位點,特異性結合GSDMB的C端結構域中由L1/L2兩段loop形成的結合位點。研究團隊進一步將已解析的GSDMB全長自抑制結構與復合物結構疊合后發現,這種外位點介導的結構識別,使GSDMB兩個結構域連接區的切割位點Lys244,剛好靠近GZMA二聚體中一個單體的酶活中心,從而實現對GSDMB的特異性切割。
????突變實驗和功能驗證表明,直接阻斷GZMA二聚體形成或破壞二聚體界面上的外位點,均會導致GZMA難以有效識別并切割GSDMB,進而無法引起細胞焦亡。研究進一步發現,小鼠的GZMA二聚體結構和酶活中心高度保守,但由于外位點負責識別GSDMB的關鍵氨基酸發生變化,因此失去了特異性識別和高效切割GSDMB的能力,而通過突變改造小鼠GZMA的外位點,可實現其對焦亡蛋白GSDMB的高效切割和活化。
該研究首次解析了顆粒酶與生理底物復合物的結構,揭示了GZMA特異性識別焦亡蛋白GSDMB的全新外位點,及其獨特二聚體結構特征的生物學意義,破解了殺傷性淋巴細胞GZMA識別和活化GSDMB、介導靶細胞焦亡的精確機理。同時,GSDMB編碼基因的單核苷酸多態性與哮喘、炎癥性腸炎等自身免疫性和炎癥性疾病密切相關,因而對小鼠GZMA的改造與GSDMB轉基因模型相結合,可為GZMA-GSDMB通路在體內的生理病理功能研究提供重要的工具和手段。
相關研究成果發表在《免疫》(Immunity)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國醫學科學院等的支持。

殺傷性淋巴細胞GZMA二聚體利用外位點識別和活化GSDMB、介導靶細胞焦亡的精確機理
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