PLOS：先天免疫系统如何区分病毒RNA和内源性RNA

　　

生物通报道：目前，慕尼黑大学的研究人员已经确定了可使活细胞内先天免疫系统区别病毒RNA和内源性RNA的结构特点。相关研究结果发表在2014年4月17日的《PLOS Pathogens》杂志。

当病毒感染细胞的时候，它们控制细胞代谢和劫持用于产生病毒蛋白的细胞资源。这个过程依赖于病毒RNA分子，在宿主细胞内它们被直接传送给新合成的RNA病毒，并通过细胞的翻译设备提供病毒蛋白的制造蓝图。然而，细胞具有防御系统，由专门的传感器激活，能够将病毒RNA与宿主RNA区别开来。这些蛋白质当中有三个属于RIG-I样受体（RLRs）家族，识别和特异性结合外源RNAs。反过来这会提醒先天免疫系统，继续破坏外来RNA，从而防止新病毒颗粒的产生。慕尼黑大学的Karl-Peter Hopfner教授指出：“根据体外实验，我们知道，RLR蛋白结合病毒RNA的某些特征模式，但是在病毒感染的活细胞内，不可能分离这些蛋白质约束的明确RNA序列。”

利用UV光将RNA结合到蛋白质
Hopfner与他的同事Karl-Klaus Conzelmann、Johannes Söding以及西奈山医院的Adolfo García-Sastre合作，利用一种巧妙的实验策略来解决这个问题，从而能够从受病毒感染的细胞中，提纯和描绘包含病毒RNA的核糖核蛋白复合体。RLPs和病毒RNAs之间相互作用的内在稳定性非常低。所以，为了完整地分离它们，研究人员首先必须稳定复合体。为此，他们用麻疹病毒感染细胞，将它们培养在化学改性的、光激活的RNA前体物中，其中加入了新合成的病毒RNA。Hopfner解释说：“如果RNA及其结合蛋白之间的物理距离足够短，随后这些细胞暴露UV光时，会诱导它们之间形成一个稳定的共价键。”

然后，可以将由此产生的RNA-蛋白质复合物从细胞中分离出来，在分离蛋白质后，就能确定RNA的核苷酸序列。Hopfner称：“这使我们能够确定RLRs如何识别外来RNA，以及后者与内源性细胞RNA有何不同。”

研究人员发现，在麻疹病毒感染的活细胞内，RLR蛋白RIG-I和MDA5的确能够识别病毒RNA中的确定元件。像许多其他病毒包括狂犬病病毒一样，麻疹病毒都具有一个单链RNA基因组。和DNA病毒不同，因此它能够将一个RNA模板直接传送到宿主细胞。然而，这个分子必须通过其相关的病毒RNA聚合酶转录，来产生病毒蛋白合成和感染传播所需要的mRNA。

结合到特定区域的传感器
Hopfner解释说：“虽然RIG-I优先结合体内外不同病毒RNA裸露端的某些序列模式，而令人惊讶的是，MDA5显然识别的不是病毒基因组本身，而是位于病毒mRNA中的某些区域。”此外，这些区域在碱基组成上与其他病毒RNA中发现的序列不同，表明MDA5依赖这些结构上的差异来区分病毒RNA和内源性RNA。

现在，Hopfner和他的研究团队正计划研究RLRs和其他病毒核酸的相互作用，以更清晰地了解使这些蛋白探测外源RNA的分子机制。反过来，这可以阐明为什么先天免疫系统难以应对特定的病毒，以及RLR相关的自身免疫性疾病如类风湿性关节炎是如何发生的。对这两个问题有更好的理解，可以为病毒感染和自身免疫性疾病的治疗提出新的方法。（生物通：王英）

延伸阅读：一种合成分子能阻止AIDS病毒复制。

生物通推荐原文摘要：
In Vivo Ligands of MDA5 and RIG-I in Measles Virus-Infected Cells
Abstract: RIG-I-like receptors (RLRs: RIG-I, MDA5 and LGP2) play a major role in the innate immune response against viral infections and detect patterns on viral RNA molecules that are typically absent from host RNA. Upon RNA binding, RLRs trigger a complex downstream signaling cascade resulting in the expression of type I interferons and proinflammatory cytokines. In the past decade extensive efforts were made to elucidate the nature of putative RLR ligands. In vitro and transfection studies identified 5′-triphosphate containing blunt-ended double-strand RNAs as potent RIG-I inducers and these findings were confirmed by next-generation sequencing of RIG-I associated RNAs from virus-infected cells. The nature of RNA ligands of MDA5 is less clear. Several studies suggest that double-stranded RNAs are the preferred agonists for the protein. However, the exact nature of physiological MDA5 ligands from virus-infected cells needs to be elucidated. In this work, we combine a crosslinking technique with next-generation sequencing in order to shed light on MDA5-associated RNAs from human cells infected with measles virus. Our findings suggest that RIG-I and MDA5 associate with AU-rich RNA species originating from the mRNA of the measles virus L gene. Corresponding sequences are poorer activators of ATP-hydrolysis by MDA5 in vitro, suggesting that they result in more stable MDA5 filaments. These data provide a possible model of how AU-rich sequences could activate type I interferon signaling.