Immunity | 韩家淮团队揭示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 【1,2】 。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 【3】 。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，厦门大学细胞应激生物学国家重点实验室、厦门大学生命科学学院、厦门大学医学院韩家淮院士团队在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） 【4,5】 。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 【6】 ，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 【7】 ，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。

研究者首先确认了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 【8,9】 ；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 【10】 。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厦门大学生命科学学院吴秀榕博士和厦门大学医学院杨章华博士；韩家淮院士和吴秀榕博士为该论文的共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.02.014

制版人：十一

参考文献

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4. C. A. P. Joazeiro, Mechanisms and functions of ribosome-associated protein quality control. Nat Rev Mol Cell Bio 20, 368-383 (2019).

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8. L. M. Chen et al., Structure of the Dom34-Hbs1 complex and implications for no-go decay. Nat Struct Mol Biol 17, 1233-+ (2010).

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10. C. F. Sandall, B. K. Ziehr, J. A. MacDonald, ATP-Binding and Hydrolysis in Inflammasome Activation. Molecules 25,  (2020).

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