深圳子科生物報道：北京大學物理學院、人工微結(jié)構(gòu)介觀物理重點實驗室、定量生物學中心毛有東課題組與哈佛醫(yī)學院吳皓課題組合作在《自然》雜志發(fā)表題為“Structural mechanism for NEK7-licensed activation of NLRP3 inflammasome”的研究長文，通過冷凍電子顯微鏡方法解析了人源NLRP3-NEK7的復合物3.8埃分辨率的結(jié)構(gòu)，并通過NLRP3或NEK7突變體的體外和細胞功能研究，系統(tǒng)揭示了NEK7與NLRP3亞基的多界面相互作用，以及其介導NLRP3炎癥小體激活的分子機制?！蹲匀弧吩贜ews and Views欄目同期發(fā)表了題為“A licence to kill during inflammation”的特約評論文章，對這一成果作了專題亮點介紹。

炎癥小體是一種多蛋白復合物，負責激活炎癥反應，在先天免疫和炎癥相關(guān)的疾病發(fā)生過程中具有重要作用。炎癥小體激發(fā)caspase-1的活化，進而在天然免疫防御的過程中，促進細胞因子白細胞介素1β（IL-1β）和白細胞介素18（IL-18）的成熟和分泌。這些細胞因子的分泌可導致細胞焦亡（pyroptosis）。目前已發(fā)現(xiàn)多種炎癥小體，如NLRP1、NLRP3、NLRC4和AIM2。NLRP3炎性體可以被尼日利亞毒素、尿酸結(jié)晶、淀粉樣蛋白-β原纖維和外源ATP等來激活。NLRP3炎癥小體在多種心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和腫瘤發(fā)生的過程中扮演著重要角色，包括家族周期性自身炎癥反應、II型糖尿病、阿爾茲海默癥、關(guān)節(jié)炎癥和動脈粥樣硬化癥等。

絲氨酸/蘇氨酸激酶NEK7在有絲分裂過程中起著關(guān)鍵作用。最近的研究揭示，NEK7在有絲分裂間期中參與組裝和激活NLRP3炎癥小體。然而，NLRP3-NEK7相互作用的分子機制和NLRP3的分子結(jié)構(gòu)仍然未知。盡管NLRP3是最早被鑒定的炎癥小體感應器之一，但由于其結(jié)構(gòu)的內(nèi)在動態(tài)性，無法形成高質(zhì)量的蛋白晶體，長期以來X射線晶體學方法未能在其結(jié)構(gòu)解析中發(fā)揮作用。

在該《自然》報道的研究中，作者們通過重組表達，在昆蟲細胞中表達量人源N端PYD截短、融合MBP標簽的NLRP3，通過大腸桿菌表達了全長的人源NEK7。但是天然復合物的冷凍電鏡圖片對比度很差（分子量185KD）。于是作者通過人工干預，基于二聚體蛋白激酶R，設計了人工的NEK7使其二聚化，改善了復合物的電鏡數(shù)據(jù)質(zhì)量。最終，課題組獲取了高分辨的復合物冷凍電鏡圖片，通過整合傾斜樣品和非傾斜樣品的數(shù)據(jù)，以及基于機器學習的數(shù)據(jù)聚類，對結(jié)構(gòu)精化做了一系列優(yōu)化，解析了其三維結(jié)構(gòu)，分辨率達到3.8 ?。

對NLRP3的結(jié)構(gòu)和功能的研究證明NLRP3-NEK7相互作用決定了NEK7許可對NLRP3炎癥小體激活的必要性，為進一步研究NLRP3炎癥小體激活的分子機制提供了重要基礎，為相關(guān)疾病的分子醫(yī)學研究提供了必備的分子依據(jù)和藥物治療靶點。

北京大學物理學院毛有東與哈佛醫(yī)學院吳皓為論文共同通訊作者。這項研究得到了國家自然科學基金委（項目編號：11774012）、北京市自然科學基金委（項目編號：Z180016）和美國國家健康研究院的資助。該研究中用于3.8埃結(jié)構(gòu)重建的全部300kV冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集在北京大學電鏡實驗室和冷凍電鏡平臺上完成。部分數(shù)據(jù)處理在北京大學未名一號和生科一號高性能計算平臺上完成。

原文標題：

Structural mechanism for NEK7-licensed activation of NLRP3 inflammasome