牛！中科院生物物理研究所连发Cell和Science
2017/8/29 学术经纬

    

     本文转载自中国科学院生物物理研究所

     范祖森课题组发现调控肠道炎症的天然免疫细胞新亚群ILCreg细胞

     2017年8月24日，国际权威期刊Cell杂志在线发表了范祖森课题组在肠道炎症致病机制研究中的重要研究进展，该项创新研究成果的标题为：“Regulatory innate lymphoid cells control innate intestinal inflammation”。

    

     ▲范祖森博士(图片来源：中国科学院生物物理研究所)

     天然免疫系统是机体抵抗病原体的重要防线。天然免疫系统需要精确的免疫平衡调节，免疫应答低下或者应答过度均会引起免疫平衡失调，导致严重的免疫病理反应。肠道粘膜免疫系统是机体抵抗病原体的重要场所之一。然而，肠道粘膜免疫系统同时也对不同的共生菌和食物来源的抗原产生免疫耐受。肠道免疫系统的活化和免疫耐受的失衡会导致炎性肠道疾病的发生。固有淋巴样细胞(ILC)是近年来发现的一类重要的天然免疫细胞亚群。根据ILC细胞分泌细胞因子的不同可以分为三类，即ILC1、ILC2和ILC3细胞。不同类群的ILC细胞在抵抗病原体反应中均发挥着重要的作用。ILC细胞在病原体刺激后被激活产生大量的细胞因子，如TNF、IFN-?和IL-17等，激发免疫应答以清除病原体。有研究表明，肠道中的ILC细胞的过度活化会导致肠道炎症，而持续的炎症会引起炎性肠道疾病(IBD)。因此，是否存在调节性的ILC细胞一直是天然免疫研究领域重点关注的课题。

     范祖森课题组利用IL-10报告小鼠，在肠道组织发现了一群能够分泌IL-10的ILC细胞新亚群，该群ILC细胞随着肠道炎症的进展而大量扩增，继而抑制过度的肠道炎症，将其命名为ILCreg细胞。研究者发现ILCreg细胞具有不同于ILC1、ILC2和ILC3的特征性分子。在炎性刺激时，ILCreg细胞能够分泌大量的IL-10和TGF-β1。ILCreg细胞通过分泌IL-10抑制ILC1和ILC3细胞的过度活化，从而缓解了肠道炎症，发挥负性调节作用。通过构建ILCreg特异性缺失的小鼠模型，研究者发现ILCreg的缺失会加重肠道炎症，并且导致ILC1/3细胞的过度活化。研究中还发现，ILCreg自分泌的TGF-β1能够维持ILCreg在炎症过程中的增殖和存活，从而维持了ILCreg细胞在炎症过程中的调节功能。该研究揭示了调节性的ILCreg细胞在肠道炎症致病机制中的重要调节作用，提示ILCreg可能在肠道的免疫耐受和稳态维持中亦具有重要作用。

    

     ▲ILCreg细胞通过分泌IL-10抑制ILC1/3细胞的过度活化，从而缓解了肠道炎症，发挥负性调节作用(图片来源：中国科学院生物物理研究所)

     该研究由中科院生物物理研究所主持完成，中科院遗传发育研究所许执恒研究员、暨南大学尹芝南教授和四川大学陈亿博士等也参与了该项目的合作研究。中国科学院生物物理所范祖森研究员和王硕研究员为本文的共同通讯作者。王硕(研究员)和夏朋延(博士后)为本文的共同第一作者，课题组渠源、熊振、叶步青、杜颖等也参与了该课题的研究。项目还得到了中科院生物物理研究所田勇研究员、清华大学董晨教授、美国Duck大学Zhuang Yuan教授的大力帮助。该项目得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中科院青年创新促进会和博士后基金的资助。

     原文链接：http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30863-2

     植物光合作用中高效捕光的超分子机器结构

     2017年8月25日，Science期刊发表了常文瑞/李梅研究组、章新政研究组与柳振峰研究组的合作研究成果，题为“Structure and assembly mechanism of plant C2S2M2-type PSII-LHCII supercomplex”。该项工作报道了豌豆光系统II-捕光复合物II超级复合物的高分辨率电镜结构，揭示了植物在弱光条件下进行高效捕光的超分子基础。

    

     光合作用是地球上最为重要的化学反应之一。植物、藻类和蓝细菌进行的放氧型光合作用不仅为生物圈中的生命活动提供赖以生存的物质和能量，同时还维持着地球上的大气环境和碳氧平衡。对光合作用机理的研究不仅具有重要的理论意义，并且将为基于光合作用原理的应用研究提供具有启示性的方案。

     在高等植物中，光合作用的原初反应始于一个被称为光系统II的超分子机器，它能够捕获光能并将其用于驱动能量转换和在常温常压下裂解水分子。高等植物的光系统II是一个复杂的膜蛋白-色素超分子复合物，通常以二体形式存在，其每个单体包含了约30个蛋白亚基以及数百个色素分子和其它辅因子。为了适应不同的外界光照条件，高等植物光系统II与外周的捕光复合物组装成多种不同形式的超级复合物。在适应弱光条件的植物叶片中，光系统II核心复合物的外侧结合了两种主要捕光复合物LHCII(根据亲和力的不同分别被称为S-LHCII和M-LHCII)及三种次要捕光复合物(CP29、CP26和CP24)。这些捕光复合物与光系统II核心复合物组装形成C2S2M2型超级复合物，使其得以在弱光条件下高效地捕获光能并完成能量转换。C2S2M2型复合物是迄今为止在高等植物中能被稳定分离得到的最大的光系统II超级复合物。解析该复合物的完整结构对于人们认识其内部的亚基组成及排布方式、色素结合位置及相互取向和距离具有重要的科学意义。研究结果有助于深入理解植物高效捕获和传递光能的分子机理。

    

     ▲以豌豆叶片为背景的C2S2M2型PSII-LHCII超级复合物整体结构(上：俯视图；下：侧视图)(图片来源：中国科学院生物物理研究所)

     由生物物理所三个课题组组成的联合研究团队解析了处于两种不同条件下的豌豆C2S2M2超级复合物的单颗粒冷冻电镜结构，分辨率分别达到2.7埃和3.2埃，其中2.7埃分辨率的结构是目前世界上通过冷冻电镜单颗粒法解析获得的分辨率最高的膜蛋白结构。该项工作首次展示了植物C2S2M2型超级复合物的精确三维结构，该复合物总分子量达到140万道尔顿(1.4 megadalton，1,400 kDa)，是一个同源二聚体的超分子体系。两个结构中的每个单体分别包含了28或27个蛋白亚基、159个叶绿素分子、44个类胡萝卜素分子和众多的其它辅因子。该项工作首次解析了CP24和M-LHCII的结构，并指认了M-LHCII所特有的Lhcb3亚基；展示了不同外周捕光蛋白彼此之间以及它们与核心复合物之间相互识别和装配的位点和机制；在对豌豆C2S2M2超级复合物内部高度复杂的色素网络进行深入分析的基础上，揭示了外周天线捕获光能并向核心复合物传递能量的途径。同时，两种不同状态的C2S2M2结构的比较分析结果显示超级复合物中的外周捕光复合物M-LHCII和CP24的结合位置可变，提示高等植物光系统II超级复合物可对环境条件的变化做出响应，通过整体结构的变化实现对捕光过程的调节。上述研究结果对于进一步在分子水平深入理解高等植物光系统II超级复合物中的能量传递和光保护机理具有重要意义。Science杂志在同期为该项研究工作配发了题为“The complex that conquered the land”的评述。

    

     该项工作由中国科学院生物物理研究所三个课题组密切合作共同完成(注：三个研究组为共同通讯实验室，排名不分先后)。李梅研究员、章新政研究员和柳振峰研究员为论文的共同通讯作者，苏小东副研究员、马军助理研究员、魏雪鹏博士、曹鹏副研究员为该项工作的共同第一作者。这是该团队继2016年在Nature期刊上报道菠菜C2S2型超级复合物的冷冻电镜结构之后的又一重要突破。该研究工作得到了中国科学院B类先导专项、中国科学院前沿科学重点研究项目、科技部重点研发计划、科技部973重大科学问题导向项目、自然科学基金和国家“青年千人计划”的共同资助。数据收集和样品分析等工作得到了生物物理所“生物成像中心”、生物物理所蛋白质科学研究平台等有关工作人员的大力支持和帮助。

     原文链接：http://science.sciencemag.org/content/357/6353/815

    

    

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