牛津大學學者EMBO最新文章：ZRNA如何誘導細胞壞死

　　來自英國牛津大學weatherall分子醫學研究所等處的研究人員發表了題為“Sensing of viral and endogenous RNA by ZBP1/DAI induces necroptosis”的文章，通過小鼠敲入模型，探索了Z-RNA神秘的功能之謎，指出ZBP1是一種RNA傳感器，并且Z-RNA可能具有一種分子模式：通過ZBP1誘導炎癥細胞死亡。這一研究成果公布在EMBO Journal雜志上。

　　令人不解的Z構象

　　核酸都能形成雙螺旋結構，雙螺旋有多種構象，雙鏈DNA通常采用的是B構象，而雙鏈RNA一般是A構象。此外DNA和RNA都能形成Z型雙螺旋，這種雙螺旋的特征在于左手螺旋排列，糖磷酸骨架呈鋸齒狀排列，外面只有一條溝（見下圖）。

　　Z-DNA最早是1972年發現，此后在單晶X衍射分析中確定了這種模型，研究人員認為其生物學意義可能用于某些調節蛋白的識別，或者轉錄調控，至今尚不完全清楚其具體的生物學功能，而對于Z-RNA，科學家們更是不解。

　　早期生物化學和結構研究鑒定出了一種稱為Z-綁定結構域（Z‐binding domain，ZBD）的蛋白質高級結構，能特異性結合Z-DNA，但不與B-DNA結。這個78個氨基酸長的氨基酸也被稱為Zα或Zβ。隨后的研究工作表明它不僅與Z-DNA結合，而且與Z-RNA結合。目前已在四種蛋白：ADAR1，ZBP1，E3L和PKZ中發現了ZBD，其中前兩者是與抗病毒先天免疫應答有關的哺乳動物蛋白質。E3L是可以拮抗宿主反應的痘病毒蛋白。最后一種PKZ是與哺乳動物PKR相關的魚蛋白，也參與抗病毒免疫。這表明ZBDs在先天抗病毒免疫應答中扮演了重要的角色，同時也指出Z-DNA和/或Z-RNA能誘導這種宿主防御反應。在進一步的系統性紅斑狼瘡患者血清研究中，研究人員也發現系統性紅斑狼瘡患者血清中含有抗Z-DNA自身抗體，也指向了免疫應答作用。

　　Z-DNA結合蛋白1（ZBP1，也稱為DAI或DLM-1）具有兩個N末端ZBD（Zα1和Zα2）和兩個RIP同型相互作用基序（RHIM）。最初這種蛋白被認為是誘導I型干擾素（IFNs）的B-DNA傳感器，但是ZBP1缺陷小鼠研究結果與其并不一致，無法證實這一假說。相反，ZBP1能激活NF-κB并觸發細胞壞死性凋亡。

　　所謂壞死性凋亡（necroptosis）是近年來發現的一種新的細胞死亡形式，它在向細胞下達死亡指令的同時，刺激了一種炎癥反應讓免疫系統知道出現了一些問題。然而，當這一細胞死亡信號通路開始出現失控時，它可以導致炎癥性疾病。壞死性凋亡還牽涉到神經退行性疾病、失血引起的腦損傷，以及某些病毒感染。壞死性凋亡主要是通過RN途徑所調控，這一調控途徑包含：受體相互作用蛋白激酶1（RIPK1）和RIPK3激酶相關作用形成壞死復合體(necrosome)，并且通過RIPK3所調控的磷酸化作用使MLKL活化，活化后的MLKL從細胞漿轉移到細胞膜并使細胞膜完整性破壞，最終導致細胞壞死。

　　壞死性凋亡能通過清除病毒感染的細胞，從而參與宿主防御。研究發現病毒能抑制壞死性凋亡，此前一個重要的證據就是小鼠巨細胞病毒（MCMV）感染——MCMV通過表達M45，阻止ZBP1和RIPK3依賴性壞死性凋亡。M45結構上就有破壞ZBP1和RIPK3相互作用的RHIM基序。如果RHIM突變，那么這種MCMV就無法抑制壞死性凋亡，引發感染細胞的死亡。壞死性凋亡通常是通過caspase‐8的蛋白水解活性來進行檢測，遺傳缺失，或者caspase‐8化學阻斷的細胞會對RIPK3依賴性壞死性凋亡提高敏感性。由此研究人員認為在M45-RHIM突變MCMV感染期間，病毒M36蛋白（也就是caspase‐8誘導細胞凋亡（vICA）的病毒抑制劑）能通過阻斷caspase‐8發生壞死性凋亡。

　　揭開Z-RNA神秘的面紗

　　為了能解開Z構象的功能之謎，在最新這篇文章中，研究人員委托賽業生物采用TurboKnockout技術構建了攜帶四種特殊氨基酸的Zbpl-敲入小鼠，這些氨基酸能消除其與Z型核酸的結合。由此研究人員發現Zbp1‐突變小鼠中的細胞會對MCMV‐M45mutRHIM誘導壞死性凋亡產生抗性。在感染期間，抑制RNA轉錄，但不抑制病毒DNA復制，會阻斷ZBP1依賴性壞死性凋亡，而且研究人員還發現ZBP1會與新合成的RNA結合。 此外，ZBP1能以RNase敏感的方式與內源性RNA和染色細胞交聯。這些都說明了ZBP1是一種RNA傳感器。

　　這也就是說，誘導細胞死亡是細胞自主發生的，這個過程需要的是RNA合成而不是病毒DNA復制。ZBP1通過其ZBD直接與RNA結合，壞死性凋亡需要完整的ZBP1-ZBD，由ZBP1和caspase阻斷的異位表達。由此這項研究指出，Z-RNA可能構成了一種分子模式：通過ZBP1誘導炎癥細胞死亡。