2012年11月13日,Science Signaling杂志作为封面文章在线发表了生物物理所刘迎芳和程根宏(生物物理所感染与免疫中心海外团队,UCLA)课题组的合作研究成果,题为Single Amino Acid Substitutions Confer the Antiviral Activity of the TRAF3 Adaptor Protein onto TRAF5,编辑同期配发了题为“TRAF5 Becomes Antiviral”的评论。
天然免疫应答及其调控机制是免疫学家致力研究的重要方向。TRAF家族成员是天然免疫信号通路中重要的接头蛋白。它们通过其TRAF结构域结合不同的信号分子,执行各不相同的功能。TRAF3一方面参与非经典NF-κB通路;另一方面可以通过与TRIF和Cardif等蛋白相互作用,激活干扰素的表达。TRAF家族另一成员TRAF5的TRAF结构域和TRAF3的TRAF结构域序列同源性很高,以往的结构预测表明它们具有完全相同的配体结合口袋和热点残基。有趣的是TRAF5却不能结合Cardif,也不能替代TRAF3激活干扰素通路。
程根宏课题组和刘迎芳课题组密切合作,通过结构生物学方法对TRAF3和TRAF5具有这种特异性的分子机制进行了研究。他们首先解析了TRAF3/Cardif复合物和TRAF5的结构,通过结构比对,发现在已知的TRAF结合口袋外有两个残基Tyr440和Phe473对TRAF3与Cardif的结合起关键作用。在TRAF5中,这两个位置的氨基酸正好相反,分别为Phe429和Tyr462,结构分析表明TRAF5的这两个氨基酸可能阻止了其对Cardif的结合。细胞生物学实验证明TRAF3的Y440F和F473Y突变体失去结合Cardif并激活干扰素表达的能力;同时TRAF5的突变体F429Y和Y462F可以象TRAF3一样结合Cardif,并激活干扰素,从而获得了抗病毒的能力。这些结果表明,改变单一氨基酸可改变TRAF蛋白的选择性,并进一步从分子机制上揭示了干扰素表达的调控机制。
该项成果是程根宏课题组长期从事的TRAF家族蛋白抗病毒研究的重要新贡献;也是刘迎芳等课题组继抗病毒蛋白ZAP(NSMB. 2012;19(4):430-5)和ISG54(Cell Res. 2012;22(9):1328-38.)研究工作之后,在天然免疫研究方向取得的新进展。该项研究课题得到了科技部,国家自然科学基金委和中国科学院的资助,上海光源SSRF和日本KEK提供了衍射数据收集的支持。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1126/scisignal.2003152
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Single Amino Acid Substitutions Confer the Antiviral Activity of the TRAF3 Adaptor Protein onto TRAF5
Zhang P, Reichardt A, Liang H, Aliyari R, Cheng D, Wang Y, Xu F, Cheng G, Liu Y.
The TRAF [tumor necrosis factor receptor-associated factor] family of cytoplasmic adaptor proteins link cell-surface receptors to intracellular signaling pathways that regulate innate and adaptive immune responses. In response to activation of RIG-I (retinoic acid-inducible gene I), a component of a pattern recognition receptor that detects viruses, TRAF3 binds to the adaptor protein Cardif [caspase activation and recruitment domain (CARD) adaptor-inducing interferon-β (IFN-β)], leading to induction of type I IFNs. We report the crystal structures of the TRAF domain of TRAF5 and that of TRAF3 bound to a peptide from the TRAF-interacting motif of Cardif. By comparing these structures, we identified two residues located near the Cardif binding pocket in TRAF3 (Tyr(440) and Phe(473)) that potentially contributed to Cardif recognition. In vitro and cellular experiments showed that forms of TRAF5 with mutation of the corresponding residues to those of TRAF3 had TRAF3-like antiviral activity. Our results provide a structural basis for the critical role of TRAF3 in activating RIG-I-mediated IFN production.