我院陈新华团队解析硬骨鱼类I型I组干扰素IFNd的晶体结构并揭示其与受体结合的分子机制

发布时间:2024-04-17陈新华创建部门:福建农林大学人员机构

Ⅰ型干扰素(Interferon,IFN)作为机体免疫系统的重要组成部分,在抵抗病毒感染的先天免疫中发挥重要作用。哺乳动物I型干扰素(IFN-α/β)通过结合细胞膜表面的异源受体IFNAR1和IFNAR2激活JAK-STAT信号通路,进而产生抗病毒基因。硬骨鱼类中具有复杂多样的I型IFNs和细胞因子相关受体B家族(CRFB),硬骨鱼类I型IFNs分为I组(a,d,e和h亚组)和II组(b,c,f和i)。目前硬骨鱼类中只有关于I型a亚组和i亚组干扰素的受体识别机制研究报道,然而关于硬骨鱼类I型d亚组干扰素的受体识别机制尚不清楚。近日,我校海洋学院陈新华团队的研究解析了大黄鱼(Larimichthyscrocea,Lc)I型I组干扰素IFNd(d亚组)的高分辨(1.49 Å)晶体结构,并揭示了LcIFNd与受体结合的详细机制。研究结果以题为“Structural and Functional Characterization of a Fish Type I Subgroup d IFN Reveals Its Binding to Receptors”的论文发表于期刊The Journal of Immunology。

  研究结果显示,LcIFNd重组蛋白刺激大黄鱼头肾淋巴细胞后能够显著激活JAK-STAT信号通路中的调控因子(JAK1,STAT1,STAT2,IRF9)以及促进抗病毒基因(MxA,PKR,Viperin)的表达,同时可提高STAT1和STAT2的磷酸化水平。并且LcIFNd重组蛋白也能够有效抑制新加坡石斑鱼病毒(SGIV)对石斑鱼脾(GS)细胞的感染(图1)。

图1. JAK-STAT信号通路的激活和LcIFNd的抗病毒活性

  通过荧光素酶报告基因筛选、Pull-down和受体多克隆抗体阻断等实验证明LcCRFB1和LcCRFB5为LcIFNd的信号传导受体。并且ITC(Isothermal titration calorimetry)实验证明LcCRFB5为LcIFNd(I型I组干扰素)的较高亲和力受体,而在先前的研究中(Chen J, et al., J Immunol, 2022),我们证明了LcCRFB5为LcIFNi(I型Ⅱ组干扰素)的较高亲和力受体。由此推断CRFB5可能是硬骨鱼类I型干扰素中亲和力较高的受体。

图2. LcIFNd受体的筛选与鉴定

利用蛋白晶体学技术解析了LcIFNd的高分辨晶体三维结构,其整体结构与脊椎动物I型干扰素结构较为保守,结构显示LcIFNd中保守的C1-C3半胱氨酸形成1对二硫键;并且通过结构比对发现,硬骨鱼类I型I组干扰素结构的AB loop中不存在helix结构,II组干扰素AB loop结构中则含有helix结构(图3),而AB loop结构中的helix结构是参与受体结合的关键部位。因此AB loop中有无helix结构的差异可能暗示着鱼类I型I组和II组IFN与受体结合模式的差异,同时LcIFNd结构的解析为解释硬骨鱼类I型不同组别IFN的结构差异提供了新的证据。

图3. LcIFNd的晶体结构分析与比较

  通过核磁共振,氨基酸突变和功能实验,进一步验证了LcIFNd与受体间的关键互作氨基酸。基于LcIFNd的晶体结构以及预测的LcCRFB1和LcCRFB5胞外段(Ex)三维结构模型,我们搭建了LcIFNd与LcCRFB1-Ex和LcCRFB5-Ex胞外区结构域的复合物结构模型。综合复合物结构模型的分析,我们发现尽管LcIFNd与人源I型干扰素(IFN-α/ω)的整体结构非常相似,但LcIFNd和IFN-α/ω与其受体之间的互作界面以及关键互作氨基酸残基具有明显差异,这表明硬骨鱼I型d亚组干扰素和哺乳动物I型干扰素的受体识别机制不保守。我们的研究结果揭示了硬骨鱼中IFNd的配体-受体复合物结合机制(图4),从而为鱼类I型IFN的功能和进化研究提供了新的见解。

图4.大黄鱼IFNd的JAK-STAT信号传导和受体识别模式

福建农林大学为该论文第一署名单位,陈新华团队博士生关燕云、陈景杰为该论文共同第一作者,福建农林大学海洋学院陈新华教授为该论文的通讯作者,福建师范大学生命科学学院欧阳松应教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系等项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.4049/jimmunol.2300651