柴继杰等人揭示植物感应病原体的分子机制

富含亮氨酸的重复受体（NLR）形成核苷酸结合结构域，通过形成炎性体来介导先天免疫。NLR蛋白NLRP1的激活需要在其功能定位域（FIIND）中自动裂解。在静息细胞中，二肽基肽酶DPP8和DPP9与NLRP1的FIIND相互作用并抑制自发NLRP1的激活。但是，发生这种情况的机制仍然未知。

2021年3月17日，清华大学，科隆大学等多单位合作，柴继杰及Franklin Zhong共同通讯在Nature 在线发表题为”Structural and biochemical mechanisms of NLRP1 inhibition by DPP9“的研究论文，该研究提供结构和生化证据，全长的大鼠NLRP1（rNLRP1）和大鼠DPP9（rDPP9）形成2：1的复合物，其中包含自动抑制的rNLRP1分子和rNLRP1的活性UPA–CARD片段。

ZU5结构域不仅对于rNLRP1的自抑制是必需的，而且对于2：1复合物的组装也是必需的。复合物的形成可防止UPA介导的UPA-CARD片段的高阶低聚，并增强ZU5介导的NLRP1自抑制作用。结构指导的生化和功能测定表明，DPP9抑制人细胞中的NLRP1既需要NLRP1结合又需要酶活性。在一起，该研究数据揭示了DPP9介导的NLRP1抑制的机制，并阐明了NLRP1炎性小体的激活。最后，哈佛医学院吴浩团队在Nature 发表了题为”DPP9 sequesters the C terminus of NLRP1 to repress inflammasome activation“的研究论文，揭示DPP9可淬灭低水平的NLRP1 CT，因此可作为激活NLRP1炎性小体的检查点。

另外，2020年12月4日，清华大学，科隆大学等多单位合作，柴继杰，Jane E. Parker及Paul Schulze-Lefert共同通讯在Science 在线发表题为“Direct pathogen-induced assembly of an NLR immune receptor complex to form a holoenzyme”的研究论文，该研究报告了RTR1受ATR1约束的冷冻电子显微镜结构。该结构揭示了一个C端jelly roll/ Ig样域（C-JID），用于特定的ATR1识别。生化和功能分析表明，ATR1与C-JID和LRR结合，以诱导烟酰胺腺嘌呤二核苷酸水解酶（NADase）活性所需的RPP1四聚体组装。RPP1四聚产生两个潜在的活性位点，每个活性位点由不对称的TIR同型二聚体形成。该研究数据定义了由植物NLR导致信号传导活性全酶形成的直接效应子识别机制（点击阅读）。

2019年4月4日，清华大学柴继杰课题组、中科院遗传发育所周俭民课题组和清华大学王宏伟课题联合同期背靠背发表两篇重量级Science文章，完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析，揭示了NLR作用的关键分子机制，是植物免疫研究的里程碑事件。"Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”的研究论文。该研究通过重建了拟南芥中NLB蛋白ZAR1-RKS1和ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物，并分别以3.7和4.3Å的分辨率确定了它们冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，揭示了ZAR1-RKS1识别PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的机制，为理解NLR蛋白提供了结构模板！"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究论文。该研究重建了ZAR1-RKS1-PBL2UMP-dATP活性复合体，证明了其复合体在免疫激活过程中进行寡聚化，并揭示了其激活免疫反应的机制！这两项研究在植物免疫研究领域取得历史性的重大突破，填补了人们25年来对植物抗病蛋白认知的巨大空白，将为研究其它抗病蛋白提供范本。

在哺乳动物的先天免疫系统中，通过NLR检测病原体或宿主来源的信号会诱导其寡聚化，形成称为炎症小体的多蛋白复合物，介导炎性细胞死亡和细胞因子分泌。NLR通常由N末端结构域，中央核苷酸结合和寡聚结构域（NOD）和C末端富含亮氨酸的重复序列（LRR）结构域组成。像CARD8一样，NLRP1包含一个不寻常的域，称为FIIND11，其中包含子域ZU5和UPA。这两个子域之间的自动蛋白水解是激活NLRP1和CARD8的先决条件。

炭疽芽孢杆菌致死因子是啮齿动物NLRP1激活的最佳表征的病原体来源触发因素。致死因子在其N末端附近切割小鼠NLRP1B，并通过N末端规则途径诱导整个N末端NOD–LRR–ZU5片段的蛋白酶体降解。这释放了活性UPA-CARD片段，该片段迅速寡聚以与下游炎症小体效应子结合，例如与凋亡相关的斑点样蛋白，其中含有CARD（ASC）和半胱天冬酶原1。这种涉及“功能降解”的独特机制在肠病毒的3C蛋白酶激活人NLRP1（hNLRP1）和HIV-1蛋白酶激活CARD8方面都得到了保留。

DPP8和DPP9是相关的细胞内脯氨酰肽酶，与免疫调节和其他病毒细胞过程有关。它们是人类和啮齿类动物中NLRP1炎性体的内源性抑制剂。值得注意的是，hNLRP1的FIIND对于与人DPP9（hDPP9）的相互作用是必要且充分的。此外，IV类DPP的抑制剂（例如缬氨酸硼脯氨酸（VbP））或DPP8和DPP9的敲除可特异性激活NLRP1和/或CARD8。与致死因子一样，VbP也诱导蛋白酶体介导的NLRP1B N端片段的降解，但这种诱导与N-degron识别无关。因此，VbP和致死因子通过两个不同的独立途径触发了啮齿动物NLRP1的激活。目前，DPP9介导的NLRP1抑制的基础机制尚不清楚。

该研究提供结构和生化证据，全长的大鼠NLRP1（rNLRP1）和大鼠DPP9（rDPP9）形成2：1的复合物，其中包含自动抑制的rNLRP1分子和rNLRP1的活性UPA–CARD片段。

ZU5结构域不仅对于rNLRP1的自抑制是必需的，而且对于2：1复合物的组装也是必需的。复合物的形成可防止UPA介导的UPA-CARD片段的高阶低聚，并增强ZU5介导的NLRP1自抑制作用。结构指导的生化和功能测定表明，DPP9抑制人细胞中的NLRP1既需要NLRP1结合又需要酶活性。在一起，该研究数据揭示了DPP9介导的NLRP1抑制的机制，并阐明了NLRP1炎性小体的激活。