Immunity：厦门大学韩家淮团队揭示 PELO 控制 NOD 样受体家族蛋白寡聚化组装和激活的机制

在免疫反应起始阶段，机体通过模式识别受体感应病原体相关模式分子  (pathogen associated molecular pattern, PAMP)  和损伤相关模式分子  (damage associated molecular pattern, DAMP) 。

NOD 样受体（Nod-like receptor, NLR）家族是机体最大的一类模式识别受体；目前认为 NLR 感知识别相应模式分子后，可通过自身寡聚化组装形成大型信号分子机器, 如 NLRP3，NLRC4 等形成的炎症小体（Inflammasome），NOD2 等形成的 Nodosome，从而激活 NF-κB 通路、MAPK 通路、细胞焦亡等，释放 TNFα，IL-1β 和 IL-18 等炎性细胞因子，介导下游一系列免疫炎症级联反应【1,2】。这是机体最为基本的天然免疫防御反应之一，在机体清除病原感染和内源危险信号中发挥至关重要的作用。在人体中，多个 NLR 基因突变导致的异常激活也被发现参与了脓毒症、炎性肠病等多种重大炎性疾病的病理进程。

NLR 家族蛋白在结构上都含有一个核苷酸结合寡聚化结构域  (Nucleotide-binding and oligomerization domain, NOD 或 NACHT) ；除 NLRP10 外，所有 NLR 蛋白的 C 端都含有亮氨酸重复序列  (leucine-rich repeat, LRR)，而其 N 末端则由各异的蛋白相互作用结构域构成，如 CARD、PYD 结构域等【3】。大量研究表明，依赖 NACHT 结构域介导的寡聚化是 NLR 蛋白激活的共同特征和主要方式；但目前人们对 NLR 家族蛋白寡聚化组装激活的机制并不清楚。

2023 年 3 月 21 日，厦门大学细胞应激生物学国家重点实验室、厦门大学生命科学学院、厦门大学医学院韩家淮院士团队在 Immunity 杂志上发表题为 Ribosome-rescuer PELO catalyzes the oligomeric assembly of NOD-like receptor family proteins via activating their ATPase enzymatic activity 的研究论文，报道了核糖体质量控制关键因子 PELO 通过激活 NOD 样受体家族蛋白的 ATPase 活性，控制其寡聚化组装和激活。

PELO 是进化上高度保守的蛋白，参与核糖体相关质量控制（ribosome-associated quality control，RQC），其与 HBS1L 形成的复合物可以识别具有空解码中心（decoding center）的停滞核糖体（stalled ribosome），进而介导停滞核糖体的 40S 亚基和 60S 亚基分离，促进核糖体的回收利用（ribosome rescue）【4,5】。因而，PELO 在胚胎发育、精子生成、表皮内稳态及神经系统发育等生理学过程中发挥重要功能；但其在免疫应答等应激反应中的功能研究仍是空白。韩家淮团队早前在果蝇中通过正向遗传学筛选鉴定到 PELO，发现 PELO 通过调控病毒蛋白合成参与抗病毒天然免疫【6】，首先揭示了 PELO 在天然免疫中的作用。之后陆续有研究表明植物中 PELO 的同源物也与抗病毒免疫相关【7】，提示 PELO 参与免疫反应在进化上的高度保守性。研究者在利用定量质谱分析 NLRP3 炎症小体蛋白复合物时，发现 PELO 随着刺激被募集到 NLRP3 炎症小体蛋白复合物上，这引起了研究者的关注。

研究者首先确认了 PELO 和 NLRP3 的直接相互作用，并发现这种相互作用是通过 NLRP3 的 NACHT 和 LRR 结构域介导的，不依赖于其 N 端的 PYD 结构域。由于 NACHT 和 LRR 是 NLR 家族蛋白的共有结构域，研究者进一步分析发现 PELO 可以特异性地和所有胞质内的 NLR 家族蛋白相互作用。接着，研究者在多种细胞和小鼠模型中证实 PELO 参与调控 NLR 家族蛋白介导的天然免疫应答反应，如 NOD2 介导的 NF-κB 和 MAPK 信号通路激活，NLRP3、NLRC4 和 NLRR6 介导的炎症小体激活和细胞焦亡等。进一步细胞实验发现，PELO 通过直接与 NLR 蛋白结合控制了 NLR 蛋白在激活信号刺激下的寡聚化组装。另外，研究者证实，PELO 介导 NLR 蛋白的激活不依赖其在核糖体相关质量控制通路中的作用，但二者之间存在互斥的关系：核糖体应激反应和 NLR 炎性小体激活可能通过竞争 PELO 分子以协调细胞在应激条件下的命运决定。

在核糖体相关质量控制中，PELO 可以促进 HBS1L 的 GTPase 活性，解聚停滞核糖体【8,9】；而有意思的是，NLR 蛋白属于 STAND (signal transduction ATPases with numerous domains) ATPase 家族，其 NACHT 结构域含有保守的 ATP 结合和水解结构域，且 ATPase 活性对于 NLR 的激活至关重要【10】。因此，研究者推测 PELO 通过结合 NLR 蛋白的 NACHT 结构域，可能直接调节 NACHT 结构域的 ATPase 活性，进而影响 NLR 蛋白的寡聚化组装和激活。研究者通过体外 ATPase 活性检测实验，发现 PELO 可以高效地激活 NLR 家族蛋白的 ATPase 活性。紧接着，研究者建立了 NLRC4 炎症小体的体外组装系统，并证实 PELO 通过激活 NLRC4 的 ATPase 活性控制其寡聚化组装和激活。

综上所述，该研究揭示了 PELO 的全新免疫学功能，发现 PELO 是所有胞质内 NOD 样受体蛋白的互作因子；PELO 通过高效激活 NLR 蛋白的 ATPase 活性，控制 NLR 蛋白的寡聚化组装和激活，从而参与调控 NLR 家族蛋白介导的多种免疫炎症反应。

该论文的第一作者为厦门大学生命科学学院吴秀榕博士和厦门大学医学院杨章华博士；韩家淮院士和吴秀榕博士为该论文的共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.02.014

转自：“丁香学术”微信公众号

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