结构速递 | 一周“结构”要览 VOL.90(11.20~11.26)
上周发布了哪些“结构”文章？又取得了哪些科研进展？
结构速递栏目以每周“结构”相关领域刊文为主题，梳理一周结构发文大事记，“结构速递”为您传递最新、最快、最权威的结构资讯。
2023.11.20~2023.11.26
CNS刊登文章
01
Nature
2023/11/22
1. “Intermediate conformations of CD4-bound HIV-1 Env heterotrimers”
HIV-1包膜（Env）对宿主受体（CD4）的结合表现出明显的构象变化。Env是gp120和gp41异二聚体的三聚体，其结构特征为封闭的预融合构象，与紧密相关的gp120和被V1V2环隐藏的gp120 V3上的共感受器结合位点，以及完全饱和的CD4结合的开放Env构象，其变化包括向外旋转的gp120和移位的V1V2环。
为了研究亚化学计量CD4结合引起的变化，来自美国加州理工学院的Pamela J. Bjorkman实验室解析了与一个或两个CD4分子结合的可溶性天然类异源三聚体Env的单粒子冷冻电镜（cryo-EM）结构。大多数与一个CD4结合的Env三聚体采用封闭的预融合Env状态，少数表现出异质的部分开放Env构象。当与两个CD4结合时，CD4结合的gp120表现出开放的Env构象，包括四链gp120桥接片和移位的gp120 V1V2环，其暴露V3上的共受体位点。第三个gp120采用中间封闭开放状态，显示gp120向外旋转，但保持了预融合三链gp120桥片，只有部分V1V2位移和V3暴露。研究人员得出的结论是，与一个CD4分子的大多数结合不足以刺激CD4诱导的构象变化，而与两个CD4成员的结合仅导致CD4结合的原聚体中的Env开放。亚化学计量的CD4结合的可溶性Env异源三聚体结构类似于来自病毒粒子结合的Env和膜锚定CD4之间复合物的cryo-ET研究的对应物，证实了它们的生理相关性。总之，这些结果阐明了HIV-1 Env的中间构象，并说明了其结构可塑性。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06639-8
2023/11/22
2.“HIV-1 Env trimers asymmetrically engage CD4 receptors in membranes”
人类免疫缺陷病毒1（HIV-1）的感染是通过病毒包膜糖蛋白（Env）与细胞表面受体CD4结合开始的。虽然已经确定了Env与CD4可溶性结构域复合物的高分辨率结构，但对其在原生膜上的结合过程了解较少。
来自美国耶鲁大学医学院Walther Mothes和Wenwei Li课题组使用cryo-ET来探测了HIV-1与CD4呈递病毒样颗粒之间形成的膜-膜界面上Env-CD4的相互作用。Env-CD4复合物组织成簇和环，使对立的膜更紧密地结合在一起。Env-CD4成簇取决于囊膜成熟度。Subtomogram averaging (STA)和分类显示，Env与一个、两个以及最后三个CD4分子结合，之后Env采用开放状态。这些数据表明，与一个和两个CD4分子结合的不对称HIV-1 Env三聚体是病毒与宿主细胞膜结合过程中可检测到的中间产物，这可能会对抗体介导的免疫反应和疫苗免疫原设计产生影响。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06762-6
2023/11/22
3.“Structural insights into intron catalysis and dynamics during splicing”
II型内含子核糖核蛋白是一种典型的剪接系统，与剪接体有许多机理相似之处，包括切除长链内含子。尽管分支在RNA代谢中非常重要，但人们对这一过程的结构性认识却一直很模糊。
来自美国耶鲁大学Anna Marie Pyle课题组对沿剪接途径捕获的三个单颗粒冷冻电镜结构进行了全面分析。它们揭示了分子相互作用网络，该网络明确了分支点腺苷，并定位了催化长链形成和协调外显子连接的关键功能基团。这些结构还揭示了分支螺旋的构象重排和剪接位点交换机制，这些机制促进了从分支到连接的过渡。这些发现揭示了剪接的演化过程，并突显了前信使RNA剪接机器中结构成分、催化机制和动态策略的长期保留。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06746-6
2023/11/22
4. “Structural basis of Gabija anti-phage defence and viral immune evasion”
细菌编码了数百种不同的防御系统，可防止病毒感染并抑制噬菌体繁殖。Gabija是最普遍的抗噬菌体防御系统之一，在所有已测序的细菌和古细菌基因组中出现率超过15%，但人们对Gabija如何保护细胞免受病毒感染的分子基础仍然知之甚少。
来自美国哈佛医学院Philip J. Kranzusch课题组利用X-ray晶体学和冷冻电镜确定了Gabija蛋白如何组装成约500 kDa的超分子复合物来降解噬菌体DNA。Gabija蛋白A（GajA）是一种DNA内切酶，可四聚体化形成抗噬菌体防御复合物的核心。两组Gabija蛋白B（GajB）二聚体对接在复合物的两侧，形成4:4 GajAB组合体，这对体内的噬菌体抗性至关重要。这些研究表明，噬菌体编码的蛋白Gabija抗防御 1（Gad1）可直接与Gabija GajAB复合物结合并使防御失活。病毒抑制状态的冷冻电镜结构显示，Gad1形成了一个八聚体网，包裹着GajAB复合物并抑制DNA的识别和切割。这些研究结果揭示了Gabija抗噬菌体防御复合物组装的结构基础，并定义了一种独特的病毒免疫逃避机制。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06855-2
2023/11/22
5.“Phages overcome bacterial immunity via diverse anti-defence proteins”
最近的研究表明，除了CRISPR-Cas和限制系统外，细菌还采用了相当多样化的噬菌体抗性系统，但噬菌体如何应对这种多层次的细菌免疫在很大程度上是未知的。
来自以色列魏茨曼科学研究所Rotem Sorek和Gil Amitai课题组合作分析了对细菌防御系统表现出不同敏感性的近缘芽孢杆菌噬菌体群，发现了抑制Gabija、Thoeris和Hachiman系统的四个不同的抗防御蛋白家族。研究人员发现，当这些蛋白Gad1、Gad2、Tad2和Had1与各自的防御系统共同表达或被引入噬菌体基因组时，它们能有效地抵消防御活性。这些抗防御蛋白的同源物存在于数百种噬菌体中，这些噬菌体感染了分类学上不同的细菌物种。这些研究表明，抗Gabija蛋白Gad1阻止了Gabija防御复合体切割噬菌体来源DNA的能力。这些数据进一步揭示了一种名为Tad2的抗Thoeris蛋白，它是一种“海绵”，能封存Thoeris TIR-domain蛋白在响应噬菌体时产生的免疫信号分子。这些研究结果表明，噬菌体编码的抗防御蛋白库能使多种细菌防御机制失效。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06869-w
2023/11/22
6.“Structural insights into cytokine cleavage by inflammatory caspase-4”
炎症半胱天冬酶（caspases）是哺乳动物先天免疫中的关键酶，控制白细胞介素-1（IL-1）家族细胞因子的处理和释放。尽管具有生物学重要性，但炎症caspases介导的细胞因子处理的结构基础仍不清楚。到目前为止，IL-1家族成员的催化裂解，包括pro-IL-1β和pro-IL-18，主要归因于典型炎症小体中的胱天蛋白酶-1（caspase-1）活性。
来自美国波士顿儿童医院和哈佛医学院Jonathan C. Kagan和美国哈佛医学院吴皓课题组合作证明了来自人类和其他哺乳动物物种（啮齿类动物除外）的脂多糖受体胱天蛋白酶-4（caspase-4）能以类似于原型IL-1转化酶caspase-1切割pro-IL-1β和pro-IL-18的效率切割pro-IL-18。caspase-4切割pro-IL-18的这种能力，加上其先前定义的切割和激活裂解性成孔蛋白gasdermin D（GSDMD）的能力，使人类细胞能够绕过对典型炎症小体和caspase-1释放IL-18的需要。使用冷冻电镜确定的caspase-4–pro-IL-18复合物的结构显示，pro-lL-18通过两个不同的界面与caspase-4相互作用：蛋白酶外泌体和caspase酶活性位点的界面，该界面涉及pro-IL-1 8的前结构域中的残基，包括四肽caspase识别序列。所揭示的细胞因子底物捕获和切割的机制不同于对caspase底物GSDMD所观察到的机制。总之，这些发现为讨论caspase在健康和疾病中的活性提供了一个结构框架。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06751-9
2023/11/22
7. “Recognition and maturation of IL-18 by caspase-4 noncanonical inflammasome”
经典的（caspase-1）和非经典的（包括caspase 4、5和11；以下称为caspase 4/5/11）炎症小体都切割gasdermin D（GSDMD）以诱导细胞焦亡。虽然caspase-1切割IL-1β和IL-18以实现其成熟，但脂多糖激活的caspase-4/5/11尚未确定细胞因子靶标。
来自中国科学院生物物理研究所丁璟珒研究组和北京生命科学研究所邵峰团队合作发现激活的人caspase-4，而不是小鼠caspase-11，在体外和细菌感染期间直接有效地处理IL-18。caspase-4-pro-IL-18复合物的晶体结构揭示了一个二元底物识别机制;催化口袋与四肽结合，并且一种独特的外源位点可以对GSDMD进行特异性识别，类似地与pro-IL-18中由前肽和后切割位点序列共同形成的特定结构结合。这种二元识别也被caspase-5和caspase-1用于处理pro-IL-18。在caspase-11中，外泌体周围的结构偏差是其无法靶向pro-IL-18的原因，而pro-IL-1是通过合理设计的突变恢复的。pro-IL-18的结构具有前肽和切割后位点区域之间的自身抑制性相互作用，阻止IL-18Rα受体的识别。caspase-1、-4或-5的切割会导致IL-18的构象发生实质性变化，从而产生两个关键的受体结合位点。总之，这一研究确定IL-18是脂多糖激活的caspase-4/5的靶标。这一发现改变了对非经典炎症小体介导的防御以及IL-18在免疫和疾病中的功能理解。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06742-w
02
Cell
2023/11/21
“Glycosylated queuosines in tRNAs optimize translational rate and post-embryonic growth”
转运核糖核酸（tRNA）修饰对蛋白质合成至关重要。辫苷（Queuosine，Q）是一种7-脱氮鸟苷衍生物，存在于tRNA的反密码子中。在脊椎动物的Tyr和Asp tRNA中，Q会进一步与半乳糖和甘露糖进行糖基化，分别生成galQ和manQ。然而，人们对Q糖基化的生物发生机制和生理相关性仍然知之甚少。
来自日本东京大学Tsutomu Suzuki和Takeo Suzuki用生物化学方法鉴定了两种RNA糖基化酶QTGAL和QTMAN，并用核苷酸二磷酸糖成功地重建了tRNA的Q-糖基化。对基因敲除细胞的核糖体分析表明，Q-糖基化分别减缓了同源密码子UAC和GAC(GAU)的延伸。研究人员还发现，Q的半乳糖基化抑制了终止密码子的读通。此外，在缺乏Q-糖基化的细胞中，蛋白质聚集增加，这表明Q-糖基化有助于蛋白稳态。人类核糖体-tRNA复合物的冷冻电镜揭示了受Q-糖基化调控的密码子识别的分子基础。此外，斑马鱼qtgal和qtman基因敲除品系显示出体长缩短，这意味着Q-糖基化是脊椎动物胚胎后期生长所需的。
原文链接
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01177-7
Science
本周无
2023.11.20~2023.11.26
子刊刊登文章
01
Cell Research
11.20
“Flooding plant apoplast through water and solute channels”
11.20
“Rpd3S meets the nucleosome”
02
Molecular Cell
11.20
1.“Structural basis of RNA-induced autoregulation of the DExH-type RNA helicase maleless”
11.22
2. “Structural insights into the assembly and mechanism of mpox virus DNA polymerase complex F8-A22-E4-H5”
11.22
3.“Small proteins modulate ion-channel-like ACD6 to regulate immunity in Arabidopsis thaliana”
03
Nature Communications
11.20
1.“Architecture and regulation of a GDNF-GFRα1 synaptic adhesion assembly”
11.20
2.“Structures of the interleukin 11 signalling complex reveal gp130 dynamics and the inhibitory mechanism of a cytokine variant”
11.21
3.“The structure of the teleost Immunoglobulin M core provides insights on polymeric antibody evolution, assembly, and function”
11.21
4.“Structure-based discovery of dual pathway inhibitors for SARS-CoV-2 entry”
11.21
5.“Myr-Arf1 conformational flexibility at the membrane surface sheds light on the interactions with ArfGAP ASAP1”
11.22
6.“Structure of the N-RNA/P interface indicates mode of L/P recruitment to the nucleocapsid of human metapneumovirus”
11.22
7.“Orthosteric and allosteric modulation of human HCAR2 signaling complex”
11.22
8.“Structure of the DDB1-AMBRA1 E3 ligase receptor complex linked to cell cycle regulation”
11.22
9. “Common transthyretin-derived amyloid fibril structures in patients with hereditary ATTR amyloidosis”
11.24
10. “Stochastic chain termination in bacterial pilus assembly”
Nature Structural & Molecular Biology
本周无
Science Advances
本周无
作者 | 谭佳鑫
审稿 | 肖媛
责编 | 囡囡
设计、排版 | 可洲
微信号：FRCBS-THU
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