新聞科研進(jìn)展
水生所發(fā)現去泛素化酶OTUD3在分別調控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信號通路中發(fā)揮完全相反的作用
先天免疫(Innate immunity)是機體抵御病原微生物入侵的第一道防線(xiàn)，它從無(wú)脊椎動(dòng)物到脊椎動(dòng)物都非常保守。機體通過(guò)模式識別受體(PRRs)，如Toll樣受體、RIG-I樣受體、細胞質(zhì)DNA傳感器等，識別病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)，即病毒感染或復制過(guò)程中產(chǎn)生的RNA和DNA,啟動(dòng)機體免疫反應，誘導I型干擾素、炎癥因子和其他下游抗病毒效應蛋白的產(chǎn)生。魚(yú)類(lèi)隸屬于原始有頜類(lèi)脊椎動(dòng)物，其獲得性免疫（Adaptive Immunity）相對欠發(fā)達，免疫記憶相對較弱，因此，先天免疫對于魚(yú)類(lèi)抗病毒感染尤為重要。闡明魚(yú)類(lèi)抗病毒先天免疫的遺傳機制，對培育抗病毒魚(yú)類(lèi)新品種具有重要指導意義。
在模式識別受體中，Toll樣受體3(TLR3)主要識別細胞外和細胞內的病毒RNA，而細胞質(zhì)病毒RNA主要由RIG-I樣受體識別，細胞質(zhì)病毒DNA則主要由cGAS/STING識別。RIG-I樣受體包括RIG-I和MDA5,當其與病毒RNA結合后發(fā)生構象變化，并招募PP1α/γ進(jìn)行去磷酸化，進(jìn)而由多個(gè)E3泛素連接酶，如TRIM25、TRIM65、RNF135等，介導其發(fā)生K63位連接的多聚泛素化，激活先天免疫信號通路。cGAS是一個(gè)環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷-腺苷合成酶,當cGAS與病毒DNA結合后，介導合成第二信使cGAMP。cGAMP再與內質(zhì)網(wǎng)(ER)上的膜蛋白干擾素基因刺激因子(STING)結合，并活化STING，激活先天免疫信號通路。cGAS的活性同樣也受到蛋白修飾的調節。
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所肖武漢研究員團隊在Cell Reports發(fā)表了題為“Opposing effects of deubiquitinase OTUD3 in innate immunity against RNA and DNA viruses”的研究論文，闡明了去泛素化酶OTUD3在分別調控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信號通路中發(fā)揮完全相反的作用。
為了尋找抗RNA病毒先天免疫信號通路的負調控因子，科研人員系統篩選了去除RIG-I樣受體K63位連接多聚泛素化的去泛素化酶。研究發(fā)現：去泛素化酶OTUD3既能靶向RIG-I，也能靶向MDA5，并去除它們K63位連接的多聚泛素化。進(jìn)一步分析發(fā)現：OTUD3能去除由RNF135介導的RIG-I的 K63位連接多聚泛素化，以及由TRIM65介導的MDA5 的K63位連接多聚泛素化。此外，OTUD3還能抑制RIG-I和MDA5的多聚化，以及它們與病毒RNA的結合?？蒲腥藛T利用CRISPR/Cas9技術(shù)，獲得了OTUD3敲除的斑馬魚(yú)和小鼠。在斑馬魚(yú)中，經(jīng)鯉春病毒（SVCV）（RNA病毒）攻毒實(shí)驗發(fā)現:otud3缺失斑馬魚(yú)與野生型斑馬魚(yú)相比，其體內的干擾素水平和抗病毒基因表達顯著(zhù)上升，病毒的復制受到抑制；otud3缺失的斑馬魚(yú)表現出更強的抗鯉春病毒感染的能力。在小鼠中，經(jīng)水皰性口炎病毒（VSV）（RNA病毒）攻毒試驗發(fā)現：Otud3缺失小鼠與野生型小鼠相比，其體內的干擾素水平和抗病毒基因表達顯著(zhù)上升，病毒的復制受到抑制；Otud3缺失小鼠表現出更強的抗水皰性口炎病毒感染的能力。
更為有趣的是，OTUD3還能正向調控由cGAS介導的抗DNA病毒先天免疫信號通路。經(jīng)深入分析，OTUD3可特異性去除cGAS第279位賴(lài)氨酸上K48位連接的多聚泛素化，進(jìn)而穩定cGAS蛋白，促進(jìn)cGAS與病毒DNA的結合，激活抗DNA病毒先天免疫反應。在斑馬魚(yú)中，經(jīng)鯉皰疹病毒（CyHV-2）（DNA病毒）攻毒實(shí)驗發(fā)現：otud3缺失斑馬魚(yú)與野生型斑馬魚(yú)相比，其體內的干擾素水平下降；otud3缺失斑馬魚(yú)表現出對鯉皰疹病毒的易感性增加。在小鼠中，經(jīng)單純皰疹病毒（HSV-1）（DNA病毒）攻毒實(shí)驗發(fā)現：Otud3缺失小鼠與野生型小鼠相比，其體內的干擾素水平顯著(zhù)下降；Otud3缺失小鼠表現出對單純皰疹病毒的易感性增加。該研究揭示了同一個(gè)基因在分別調控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信號通路中的相反作用。
肖武漢研究員為該論文的通訊作者，博士后蔡孝廉為該論文的第一作者。該研究得到中科院戰略先導專(zhuān)項A、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、國家自然科學(xué)基金創(chuàng )新群體項目和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“藍色糧倉”項目的資助。