雙鏈DNA和RNA是生命體遺傳信息的載體，通常呈右手螺旋構(gòu)象。然而，自然界中也存在左手螺旋構(gòu)象的核酸，這類核酸片段因其Watson-Crick堿基配對(duì)形成的糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向的左手雙螺旋結(jié)構(gòu)，被稱為Z型核酸（Z-NAs），包括Z-DNA和Z-RNA。我們【1,2】與莫瑋課題組【3】和Balachandran課題組【4,5】的前期研究表明，Z-RNA和Z-DNA可以通過(guò)結(jié)合Zα結(jié)構(gòu)域激活ZBP1，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡、抗病毒反應(yīng)、炎癥和抗腫瘤反應(yīng)。然而，RNA:DNA雜合鏈?zhǔn)欠衲苄纬勺笫致菪龢?gòu)象并激活ZBP1誘發(fā)細(xì)胞死亡和疾病尚無(wú)報(bào)道。
2025年4月22日，浙江大學(xué)焦會(huì)朋實(shí)驗(yàn)室在Molecular Cell上發(fā)表文章ZBP1 senses spliceosome stress through Z-RNA:DNA hybrids recognition。該研究發(fā)現(xiàn)剪接體是調(diào)控內(nèi)源性Z-RNA:DNA積累的關(guān)鍵檢查點(diǎn)，并揭示了ZBP1感知剪接體功能失調(diào)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡的分子機(jī)制。值得一提的是，同期Molecular Cell上還發(fā)表了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院/基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫系/良渚實(shí)驗(yàn)室的莫瑋/楊章華團(tuán)隊(duì)類似的研究結(jié)果，詳見此前BioArt的報(bào)道：。
已有研究表明，剪接體抑制劑Pladienolide-B (Plad-B) 處理能顯著上調(diào)細(xì)胞內(nèi)RNA:DNA雜合鏈的積累。為探究RNA:DNA雜合鏈?zhǔn)欠衲苄纬勺笮龢?gòu)象并激活ZBP1依賴的細(xì)胞死亡，研究團(tuán)隊(duì)利用Plad-B處理細(xì)胞以提高其RNA:DNA水平。結(jié)果顯示，Plad-B處理后的細(xì)胞表現(xiàn)出強(qiáng)烈的ZBP1依賴性的細(xì)胞死亡。其他剪接體抑制劑，如thailanstatin A、Madrasin和isoginkgetin處理細(xì)胞后，也觀察到不同程度地ZBP1依賴的細(xì)胞死亡。
通過(guò)突變ZBP1的Zα結(jié)構(gòu)域、使用Caspases和RIPK3抑制劑，或敲除細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡的關(guān)鍵蛋白（FADD、MLKL和RIPK3），研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)剪接體抑制劑激活了ZBP1 Zα結(jié)構(gòu)域依賴的RIPK3-MLKL介導(dǎo)的壞死性凋亡以及RIPK1-FADD-Caspase 8介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)通路。此外，敲低剪接體關(guān)鍵組分蛋白SF3B1同樣能引發(fā)ZBP1依賴的細(xì)胞死亡，這進(jìn)一步表明剪接體是調(diào)控ZBP1信號(hào)通路激活的關(guān)鍵檢查點(diǎn)。
為探明剪接體抑制劑激活ZBP1信號(hào)通路的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)免疫熒光和免疫共沉淀等方法發(fā)現(xiàn)，該過(guò)程主要依賴于左旋核酸在細(xì)胞中的上調(diào)。為明確左旋核酸的類型，研究團(tuán)隊(duì)利用不同核酸酶處理固定后的細(xì)胞。結(jié)果顯示，只有RNase H和RNase A處理能顯著降低左旋核酸的熒光信號(hào)，而RNase III、RNase T1和DNase I處理無(wú)明顯效果，這表明RNA:DNA雜合鏈可能是剪接體抑制劑誘導(dǎo)產(chǎn)生的主要的左旋核酸類型。RNA:DNA雜合鏈與Zα結(jié)構(gòu)域的共結(jié)晶結(jié)果顯示，兩個(gè)Zα結(jié)構(gòu)域分別結(jié)合于RNA和DNA鏈的一側(cè)，且RNA:DNA呈現(xiàn)典型的左旋構(gòu)象。這些證據(jù)共同表明，RNA:DNA雜合鏈能夠形成左旋構(gòu)象并結(jié)合Zα結(jié)構(gòu)域，進(jìn)而激活ZBP1誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。這些Z-RNA:DNA的序列來(lái)源以及剪接體功能失調(diào)引起的細(xì)胞死亡的生理意義，仍有待進(jìn)一步研究。
綜上所述，本研究從細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)多個(gè)層面證實(shí)，當(dāng)剪接體功能受抑制時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的RNA:DNA雜合鏈能夠呈現(xiàn)左旋構(gòu)象并激活ZBP1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡通路。這一發(fā)現(xiàn)揭示了RNA:DNA雜合鏈可作為ZBP1的新型配體誘發(fā)細(xì)胞死亡，該機(jī)制可能與RNA:DNA異常積累相關(guān)的疾病有關(guān)。
浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院博士后何建鋒、博士生朱泳伊、田子超和中國(guó)海洋大學(xué)劉夢(mèng)琴為本論文共同第一作者，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院焦會(huì)朋研究員、浙江大學(xué)浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院周春研究員和中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院梁興國(guó)教授為共同通訊作者。良渚實(shí)驗(yàn)室陳家明（Francis Kaming Chan）教授、莫瑋教授、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心研究員許代超研究員以及浙江大學(xué)生研院的陸華松研究員等同事以及平臺(tái)對(duì)該研究提供了大力支持和建議。
原文鏈接：www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276525003077
制版人： 十一
參考文獻(xiàn)
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2. Jiao, H. et al., ADAR1 averts fatal type I interferon induction by ZBP1.Nature(2022).
3. Wang, R., et al., Gut stem cell necroptosis by genome instability triggers bowel inflammation.Nature(2020).
4. Zhang, T. et al., Influenza Virus Z-RNAs Induce ZBP1-Mediated Necroptosis.Cell(2020).
5. Zhang, T. et al., ADAR1 masks the cancer immunotherapeutic promise of ZBP1-driven necroptosis.Nature(2022).
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