自然免疫受容体rig-IによるRNA認識と活性化の構造的基礎

レチノイック酸誘導性遺伝子I（RIG-I; DDX58としても知られる）は、ウイルスと細胞のRNAを分化させる病原体関連分子パターン（PAMP）モチーフを認識する細胞質病原体認識受容体です。Rig-Iは、5'-PPPでマークされた一本鎖RNA、およびポリウリジン配列によって、5'-三リン酸（PPP）の有無にかかわらず、鈍式二本鎖（DS）RNAによって活性化されます。そのようなPAMPモチーフに結合すると、Rig-Iは、自然免疫防御と炎症性サイトカインを誘導して抗ウイルス状態を確立するシグナル伝達カスケードを開始します。RIG-I経路は高度に調節されており、異常なシグナル伝達はアポトーシス、細胞分化の変化、炎症、自己免疫疾患、癌につながります。Rig-Iのヘリカーゼおよびリプレッサードメイン（RD）は、DSRNAと5'-PPP RNAを認識して、シグナリングのために2つのアミノ末端カスパーゼリクルートメントドメイン（カード）を活性化します。ここでは、RNA結合のヘリカーゼとRDの相乗効果、およびRIG-I活性化へのATP加水分解の寄与を理解するために、dsRNAとATPアナログと複合的なヒトリグIヘリカーゼRDの構造を決定しました。ヘリカーゼRDはdsRNAの周りのリングに整理され、一方の端を頂くと同時に、以前に特徴付けられていないモチーフを使用してdsRNAを認識します。小角のX線散乱、限られたタンパク質分解、および微分走査蛍光測定は、RIG-Iが結合RNAで圧縮する拡張された柔軟な立体構造であることを示しています。これらの結果は、dsRNA認識におけるヘリカーゼの役割、RDとヘリカーゼの相乗効果、およびdsRNAに結合したフルレングスリグIの組織化の詳細な見解を提供し、RNA結合に対する立体配座変化の証拠を提供します。Rig-IヘリカーゼRD構造は、RNAへの巻き戻しや協調的結合をせずにDSRNA転座と一致しています。この構造は、先天性免疫に対する前例のない洞察をもたらし、ダイサーとFANCM内の相同ヘリカーゼドメインを利用するRNA干渉やDNA修復など、生物学の他の領域に大きな影響を与えます。

Retinoic-acid-inducible gene-I (RIG-I; also known as DDX58) is a cytoplasmic pathogen recognition receptor that recognizes pathogen-associated molecular pattern (PAMP) motifs to differentiate between viral and cellular RNAs. RIG-I is activated by blunt-ended double-stranded (ds)RNA with or without a 5'-triphosphate (ppp), by single-stranded RNA marked by a 5'-ppp and by polyuridine sequences. Upon binding to such PAMP motifs, RIG-I initiates a signalling cascade that induces innate immune defences and inflammatory cytokines to establish an antiviral state. The RIG-I pathway is highly regulated and aberrant signalling leads to apoptosis, altered cell differentiation, inflammation, autoimmune diseases and cancer. The helicase and repressor domains (RD) of RIG-I recognize dsRNA and 5'-ppp RNA to activate the two amino-terminal caspase recruitment domains (CARDs) for signalling. Here, to understand the synergy between the helicase and the RD for RNA binding, and the contribution of ATP hydrolysis to RIG-I activation, we determined the structure of human RIG-I helicase-RD in complex with dsRNA and an ATP analogue. The helicase-RD organizes into a ring around dsRNA, capping one end, while contacting both strands using previously uncharacterized motifs to recognize dsRNA. Small-angle X-ray scattering, limited proteolysis and differential scanning fluorimetry indicate that RIG-I is in an extended and flexible conformation that compacts upon binding RNA. These results provide a detailed view of the role of helicase in dsRNA recognition, the synergy between the RD and the helicase for RNA binding and the organization of full-length RIG-I bound to dsRNA, and provide evidence of a conformational change upon RNA binding. The RIG-I helicase-RD structure is consistent with dsRNA translocation without unwinding and cooperative binding to RNA. The structure yields unprecedented insight into innate immunity and has a broader impact on other areas of biology, including RNA interference and DNA repair, which utilize homologous helicase domains within DICER and FANCM.