厦门大学韩家淮院士团队揭示NOD样受体家族蛋白寡聚化组装激活的范式
在免疫反应起始阶段，机体通过模式识别受体感应病原体相关模式分子 (pathogen associated molecular pattern, PAMP) 和损伤相关模式分子 (damage associated molecular pattern, DAMP) 。NOD样受体（Nod-like receptor, NLR）家族是机体最大的一类模式识别受体；目前认为NLR感知识别相应模式分子后，可通过自身寡聚化组装形成大型信号分子机器, 如NLRP3，NLRC4等形成的炎症小体（Inflammasome），NOD2等形成的Nodosome，从而激活NF-κB通路、MAPK通路、细胞焦亡等，释放TNFα，IL-1β和IL-18等炎性细胞因子，介导下游一系列免疫炎症级联反应。这是机体最为基本的天然免疫防御反应之一，在机体清除病原感染和内源危险信号中发挥至关重要的作用。在人体中，多个NLR基因突变导致的异常激活也被发现参与了脓毒症、炎性肠病等多种重大炎性疾病的病理进程。
NLR家族蛋白在结构上都含有一个核苷酸结合寡聚化结构域 (Nucleotide-binding and oligomerization domain, NOD或NACHT) ；除NLRP10外，所有NLR蛋白的C端都含有亮氨酸重复序列 (leucine-rich repeat, LRR)，而其N末端则由各异的蛋白相互作用结构域构成，如CARD、PYD结构域等。大量研究表明，依赖NACHT结构域介导的寡聚化是NLR蛋白激活的共同特征和主要方式；但目前人们对NLR家族蛋白寡聚化组装激活的机制并不清楚。
2023年3月21日，韩家淮院士团队在Immunity杂志上发表题为 Ribosome-rescuer PELO catalyzes the oligomeric assembly of NOD-like receptor family proteins via activating their ATPase enzymatic activity 的研究论文，报道了核糖体质量控制关键因子PELO通过激活NOD样受体家族蛋白的ATPase活性，控制其寡聚化组装和激活。
PELO是进化上高度保守的蛋白，参与核糖体相关质量控制（ribosome-associated quality control，RQC），其与HBS1L形成的复合物可以识别具有空解码中心（decoding center）的停滞核糖体（stalled ribosome），进而介导停滞核糖体的40S亚基和60S亚基分离，促进核糖体的回收利用（ribosome rescue）。因而，PELO在胚胎发育、精子生成、表皮内稳态及神经系统发育等生理学过程中发挥重要功能；但其在免疫应答等应激反应中的功能研究仍是空白。韩家淮团队早前在果蝇中通过正向遗传学筛选鉴定到PELO，发现PELO通过调控病毒蛋白合成参与抗病毒天然免疫，首先揭示了PELO在天然免疫中的作用。之后陆续有研究表明植物中PELO的同源物也与抗病毒免疫相关，提示PELO参与免疫反应在进化上的高度保守性。研究者在利用定量质谱分析NLRP3炎症小体蛋白复合物时，发现PELO随着刺激被募集到NLRP3炎症小体蛋白复合物上，这引起了研究者的关注。
团队首先确认了PELO和NLRP3的直接相互作用，并发现这种相互作用是通过NLRP3的NACHT和LRR结构域介导的，不依赖于其N端的PYD结构域。由于NACHT和LRR是NLR家族蛋白的共有结构域，研究者进一步分析发现PELO可以特异性地和所有胞质内的NLR家族蛋白相互作用。接着，研究者在多种细胞和小鼠模型中证实PELO参与调控NLR家族蛋白介导的天然免疫应答反应，如NOD2介导的NF-κB和MAPK信号通路激活，NLRP3、NLRC4和NLRR6介导的炎症小体激活和细胞焦亡等。进一步细胞实验发现，PELO通过直接与NLR蛋白结合控制了NLR蛋白在激活信号刺激下的寡聚化组装。另外，研究者证实，PELO介导NLR蛋白的激活不依赖其在核糖体相关质量控制通路中的作用，但二者之间存在互斥的关系：核糖体应激反应和NLR炎性小体激活可能通过竞争PELO分子以协调细胞在应激条件下的命运决定。
在核糖体相关质量控制中，PELO可以促进HBS1L的GTPase活性，解聚停滞核糖体；而有意思的是，NLR蛋白属于STAND (signal transduction ATPases with numerous domains) ATPase家族，其NACHT结构域含有保守的ATP结合和水解结构域，且ATPase活性对于NLR的激活至关重要。因此，研究者推测PELO通过结合NLR蛋白的NACHT结构域，可能直接调节NACHT结构域的ATPase活性，进而影响NLR蛋白的寡聚化组装和激活。研究者通过体外ATPase活性检测实验，发现PELO可以高效地激活NLR家族蛋白的ATPase活性。紧接着，研究者建立了NLRC4炎症小体的体外组装系统，并证实PELO通过激活NLRC4的ATPase活性控制其寡聚化组装和激活。
综上所述，该研究揭示了PELO的全新免疫学功能，发现PELO是所有胞质内NOD样受体蛋白的互作因子；PELO通过高效激活NLR蛋白的ATPase活性，控制NLR蛋白的寡聚化组装和激活，从而参与调控NLR家族蛋白介导的多种免疫炎症反应。
该论文的第一作者为学院吴秀榕博士和医学院杨章华助理教授；韩家淮院士和吴秀榕博士为该论文的共同通讯作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.02.014
（图/文 韩家淮课题组）
来源：厦门大学
