牛津大学学者EMBO最新文章：ZRNA如何诱导细胞坏死

　　来自英国牛津大学weatherall分子医学研究所等处的研究人员发表了题为“Sensing of viral and endogenous RNA by ZBP1/DAI induces necroptosis”的文章，通过小鼠敲入模型，探索了Z-RNA神秘的功能之谜，指出ZBP1是一种RNA传感器，并且Z-RNA可能具有一种分子模式：通过ZBP1诱导炎症细胞死亡。这一研究成果公布在EMBO Journal杂志上。

　　令人不解的Z构象

　　核酸都能形成双螺旋结构，双螺旋有多种构象，双链DNA通常采用的是B构象，而双链RNA一般是A构象。此外DNA和RNA都能形成Z型双螺旋，这种双螺旋的特征在于左手螺旋排列，糖磷酸骨架呈锯齿状排列，外面只有一条沟（见下图）。

　　Z-DNA最早是1972年发现，此后在单晶X衍射分析中确定了这种模型，研究人员认为其生物学意义可能用于某些调节蛋白的识别，或者转录调控，至今尚不完全清楚其具体的生物学功能，而对于Z-RNA，科学家们更是不解。

　　早期生物化学和结构研究鉴定出了一种称为Z-绑定结构域（Z‐binding domain，ZBD）的蛋白质高级结构，能特异性结合Z-DNA，但不与B-DNA结。这个78个氨基酸长的氨基酸也被称为Zα或Zβ。随后的研究工作表明它不仅与Z-DNA结合，而且与Z-RNA结合。目前已在四种蛋白：ADAR1，ZBP1，E3L和PKZ中发现了ZBD，其中前两者是与抗病毒先天免疫应答有关的哺乳动物蛋白质。E3L是可以拮抗宿主反应的痘病毒蛋白。最后一种PKZ是与哺乳动物PKR相关的鱼蛋白，也参与抗病毒免疫。这表明ZBDs在先天抗病毒免疫应答中扮演了重要的角色，同时也指出Z-DNA和/或Z-RNA能诱导这种宿主防御反应。在进一步的系统性红斑狼疮患者血清研究中，研究人员也发现系统性红斑狼疮患者血清中含有抗Z-DNA自身抗体，也指向了免疫应答作用。

　　Z-DNA结合蛋白1（ZBP1，也称为DAI或DLM-1）具有两个N末端ZBD（Zα1和Zα2）和两个RIP同型相互作用基序（RHIM）。最初这种蛋白被认为是诱导I型干扰素（IFNs）的B-DNA传感器，但是ZBP1缺陷小鼠研究结果与其并不一致，无法证实这一假说。相反，ZBP1能激活NF-κB并触发细胞坏死性凋亡。

　　所谓坏死性凋亡（necroptosis）是近年来发现的一种新的细胞死亡形式，它在向细胞下达死亡指令的同时，刺激了一种炎症反应让免疫系统知道出现了一些问题。然而，当这一细胞死亡信号通路开始出现失控时，它可以导致炎症性疾病。坏死性凋亡还牵涉到神经退行性疾病、失血引起的脑损伤，以及某些病毒感染。坏死性凋亡主要是通过RN途径所调控，这一调控途径包含：受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）和RIPK3激酶相关作用形成坏死复合体(necrosome)，并且通过RIPK3所调控的磷酸化作用使MLKL活化，活化后的MLKL从细胞浆转移到细胞膜并使细胞膜完整性破坏，最终导致细胞坏死。

　　坏死性凋亡能通过清除病毒感染的细胞，从而参与宿主防御。研究发现病毒能抑制坏死性凋亡，此前一个重要的证据就是小鼠巨细胞病毒（MCMV）感染——MCMV通过表达M45，阻止ZBP1和RIPK3依赖性坏死性凋亡。M45结构上就有破坏ZBP1和RIPK3相互作用的RHIM基序。如果RHIM突变，那么这种MCMV就无法抑制坏死性凋亡，引发感染细胞的死亡。坏死性凋亡通常是通过caspase‐8的蛋白水解活性来进行检测，遗传缺失，或者caspase‐8化学阻断的细胞会对RIPK3依赖性坏死性凋亡提高敏感性。由此研究人员认为在M45-RHIM突变MCMV感染期间，病毒M36蛋白（也就是caspase‐8诱导细胞凋亡（vICA）的病毒抑制剂）能通过阻断caspase‐8发生坏死性凋亡。

　　揭开Z-RNA神秘的面纱

　　为了能解开Z构象的功能之谜，在最新这篇文章中，研究人员委托赛业生物采用TurboKnockout技术构建了携带四种特殊氨基酸的Zbpl-敲入小鼠，这些氨基酸能消除其与Z型核酸的结合。由此研究人员发现Zbp1‐突变小鼠中的细胞会对MCMV‐M45mutRHIM诱导坏死性凋亡产生抗性。在感染期间，抑制RNA转录，但不抑制病毒DNA复制，会阻断ZBP1依赖性坏死性凋亡，而且研究人员还发现ZBP1会与新合成的RNA结合。 此外，ZBP1能以RNase敏感的方式与内源性RNA和染色细胞交联。这些都说明了ZBP1是一种RNA传感器。

　　这也就是说，诱导细胞死亡是细胞自主发生的，这个过程需要的是RNA合成而不是病毒DNA复制。ZBP1通过其ZBD直接与RNA结合，坏死性凋亡需要完整的ZBP1-ZBD，由ZBP1和caspase阻断的异位表达。由此这项研究指出，Z-RNA可能构成了一种分子模式：通过ZBP1诱导炎症细胞死亡。