锌介导的二聚体自抑制状态与抗病毒功能:OAS2的结构基础与调控机制

【字体: 时间:2025年05月24日 来源:Molecular Cell 14.5

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  本研究通过冷冻电镜首次解析了人类OAS2的锌介导二聚体自抑制结构,揭示了其通过非经典dsRNA结合界面实现RNA长度识别的分子机制。研究发现OAS2的Golgi定位(通过豆蔻酰化修饰)和 dimer-to-monomer 转变对激活抗病毒功能至关重要,特别是针对形成双膜囊泡的冠状病毒等病毒。这项工作不仅阐明了OAS家族蛋白的非冗余功能,还发现OAS2功能缺失突变F524L与儿童自身免疫疾病相关,为理解先天免疫调控提供了新视角。

  

锌介导的二聚体:OAS2的自抑制与激活机制

结构解析揭示OAS2独特构象
通过冷冻电镜技术,研究人员首次在3.3?分辨率下解析了全长人类OAS2 p71的结构。这个由两个OAS结构域(DI和DII)组成的蛋白质呈现出"碗状"二聚体构象,两个单体以反平行方式排列,界面面积达3,441.9?2。最令人惊讶的发现是二聚体界面中央存在一个四面体锌配位位点,由每个单体DII结构域的C652和H654残基共同协调。这种独特的金属离子介导的二聚化机制将OAS2锁定在自抑制状态,其催化位点处于非活性构象。

分子动力学模拟显示,二聚体状态下的OAS2表现出较低的构象灵活性(RMSD=0.40±0.06nm)。当引入C652S突变破坏锌配位时,OAS2转变为单体状态,其构象灵活性显著增加。体外活性实验证实,单体化的OAS2 C652S突变体在dsRNA存在时表现出更强的2'-5'寡腺苷酸(2'-5'OA)合成活性,这为"二聚体到单体转变是OAS2激活必要条件"的假说提供了直接证据。

RNA长度识别的分子标尺
研究团队通过系统的RNA长度依赖性实验发现,OAS2表现出独特的RNA识别特性:与OAS1(可被22bp dsRNA激活)和OAS3(可被44bp dsRNA激活)不同,OAS2需要长达82bp的dsRNA才能充分激活。这种严格长度要求的背后机制通过结构分析和分子动力学模拟得以阐明。

OAS2的DI结构域虽然缺乏催化活性,但其作为"分子标尺"发挥关键作用。研究发现DI通过两个独特的RNA结合界面(A和B)与长链dsRNA相互作用,其中界面B的R92、R165、D168和K169等残基对激活至关重要。当这些残基发生突变时,OAS2活性显著降低。这种双结构域协同作用机制确保OAS2不会被细胞内的短dsRNA非特异性激活,避免了自身免疫反应。

Golgi定位:抗病毒防御的前哨站
免疫荧光实验显示,内源性OAS2在干扰素刺激后定位于Golgi膜标志物GM130阳性区域。通过构建G2A突变(破坏豆蔻酰化修饰)和C652S突变(影响二聚化)的OAS2变体,研究人员发现这两个特性对Golgi定位缺一不可。更重要的是,Golgi定位与抗病毒功能直接相关:定位于细胞质的OAS2 G2A完全丧失活性,而部分保留Golgi定位的C652S则表现出中间表型。

为验证二聚体解离在激活中的作用,研究团队设计了S150A D153A突变体。这个变体保持二聚状态但降低了单体间亲和力,结果表现出比野生型更早的激活动力学。这些发现共同描绘了OAS2激活的双重调控机制:既需要正确的亚细胞定位,又需要RNA诱导的构象变化。

抗病毒谱的特异性与临床意义
通过系统筛选11种病毒,研究发现OAS2特别擅长限制那些利用内膜系统形成双膜囊泡(DMV)的病毒,如脑心肌炎病毒(EMCV)和冠状病毒(OC43、NL63)。在感染实验中,OAS2能特异性识别EMCVds

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