9月7日，國際學術(shù)期刊Structure在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心(生物化學與細胞生物學研究所)丁建平研究組的研究成果：“Molecular basis for the functional roles of the multimorphic T95R mutation of IRF4 causing human autosomal dominant combined immunodeficiency”。該研究通過解析IRF4-DBD和IRF4-DBD^T95R與經(jīng)典和非經(jīng)典DNA識別序列的復合物的晶體結(jié)構(gòu)和功能分析，闡明了IRF4^T95R獲得增強功能和新功能的分子機制，為理解IRF4突變導致的人類常染色體顯性聯(lián)合免疫缺陷(CID)提供了分子基礎(chǔ)。

　　干擾素調(diào)節(jié)因子(IRFs)組成一個轉(zhuǎn)錄因子家族，在人體中共有9個成員，即IRF1-IRF9，它們在病毒、細菌和干擾素(IFN)誘導的信號通路以及先天和適應(yīng)性免疫過程的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。其中，IRF4在B淋巴細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞等淋巴樣細胞中特異性表達，在免疫細胞的發(fā)育、分化和細胞命運決定中起關(guān)鍵作用。IRF4通常以同源二聚體的形式與序列為5'-GAAANNGAAA-3'的經(jīng)典干擾素刺激應(yīng)答元件(ISRE)結(jié)合，每分子IRF4識別一個GAAA序列，調(diào)節(jié)干擾素刺激基因(ISGs)的激活。最近，在CID患者中發(fā)現(xiàn)了IRF4^T95R的雜合突變，這些患者的B細胞和T細胞表現(xiàn)出成熟受損，免疫球蛋白和細胞因子產(chǎn)生減少。體內(nèi)和體外實驗表明，IRF4^T95R突變體顯示出對DNA的親和力增加，核定位增強，DNA結(jié)合特異性改變，表現(xiàn)出對非經(jīng)典序列GATA的結(jié)合能力。這些改變導致IRF4呈現(xiàn)功能增強、功能喪失和新功能三種表型。然而，T95R突變是如何導致IRF4多態(tài)功能的分子基礎(chǔ)仍然未知。

　　在本項研究中，研究人員通過生物膜干涉技術(shù)分析了IRF4的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(IRF4-DBD)和IRF4-DBD^T95R對經(jīng)典和非經(jīng)典ISRE序列的親和力。結(jié)果顯示，IRF4的T95R突變增強了IRF4-DBD^T95R與經(jīng)典和非經(jīng)典DNA識別序列的親和力。但IRF4-DBD^T95R對非經(jīng)典序列GATA表現(xiàn)出更高的選擇性，而IRF4-DBD則對經(jīng)典ISRE序列GAAA具有更強的偏好性。運用X射線單晶衍射技術(shù)，研究人員解析了IRF4-DBD和IRF4-DBD^T95R與經(jīng)典和非經(jīng)典DNA識別序列的復合物的晶體結(jié)構(gòu)。在IRF4-DBD^T95R與經(jīng)典ISRE序列GAAA的復合物結(jié)構(gòu)中，Arg95通過水分子介導增強了對磷酸骨架的相互作用;而在與非經(jīng)典ISRE序列GATA的復合物結(jié)構(gòu)中，由于空間位阻的影響，Arg95直接與磷酸骨架和堿基相互作用，因此，表現(xiàn)出對GATA序列的更強偏好性。由于GAAA和GATA序列分布于不同基因的啟動子區(qū)域，IRF4和IRF4^T95R展現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖譜，介導了不同下游信號通路，使得IRF4^T95R表現(xiàn)出新的轉(zhuǎn)錄活性?？偟膩碚f，生化和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為IRF4^T95R的功能增強和新功能提供了分子基礎(chǔ)，加深了人們對IRF4突變導致自身免疫疾病的分子機制的理解。

　　分子細胞卓越中心丁建平研究員為本文通訊作者，丁建平組博士研究生王冠超為本文第一作者。感謝上海同步輻射光源晶體學線站BL02U1和BL18U的大力支持。感謝分子細胞卓越中心分子生物學技術(shù)平臺支持。該研究工作得到科技部重點研發(fā)計劃項目和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的經(jīng)費支持。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.str.2023.08.013

IRF4-DBD^T95R選擇性結(jié)合經(jīng)典GAAA和非經(jīng)典GATA序列的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)