Sci Signaling | 郭斐團隊研究成果揭示調節cGAS感應DNA的重要分子機制

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責編 | 酶美


DNA識別受體環鳥甘酸-腺苷酸合成酶(cyclic GMP-AMP (cGAMP) synthase, cGAS可以識別外源DNA以及RNA:DNA雜合鏈,從而催化產生第二信使環鳥甘酸-腺苷酸(cyclicGMP-AMP, cGAMP,產生的cGAMP結合並激活STING,隨之招募激活TBK1-IRF3,最終導致幹擾素和免疫因子的產生[1, 2]。外源DNA進入細胞後在細胞質內會形成一個募集了cGAS的顆粒狀結構(foci),但是這種foci的組成以及在cGAS識別外源DNA誘發幹擾素的生理學過程中發揮的作用還需要進一步的實驗探索。
 
11月26日,中國醫學科學院病原生物學研究所郭斐課題組在Science Signaling上發表了題為PKR-dependentcytosolic cGAS foci are necessary for intracellular DNA sensing的論文,研究發現cGAS可以與應激顆粒重要蛋白G3BP1相互作用,促進cGAS與DNA的結合以及誘發幹擾素。在RNA識別過程中發揮重要作用的蛋白分子PKR也可以與cGAS相互作用,並且這種相互作用對於cGAS與DNA形成G3BP1相關的顆粒具有重要意義。該工作首次闡釋了cGAS與外源DNA在胞質內形成的顆粒的主要組成部分,並且表明了這種顆粒的形成對於cGAS識別外源DNA誘發幹擾素的重要性,對於調控天然免疫提供了理論基礎。
 
             
研究人員首先通過免疫共沉澱聯用質譜鑒定的方式發現cGAS與大量的RNA結合蛋白相互作用;隨後證實了應激顆粒重要蛋白G3BP1與cGAS具有RNA依賴的相互作用。免疫熒光實驗也發現在外源DNA刺激後,DNA、cGAS和G3BP1具有明顯的共定位。有趣的是,在外源DNA存在的情況下,cGAS和G3BP1之間的相互作用會大大增強。
 
研究表明,環境壓力可導致eIF2α上遊激酶的激活從而導致翻譯起始受阻,暫緩翻譯中的mRNA並和相關蛋白分子聚集形成應激顆粒(Stress Granules, SG[3]。PKR,由雙鏈RNA介導的激酶, 是磷酸化eIF2α的一個重要激酶[4]。作者在隨後的研究發現,cGAS可與PKR相互作用,通過磷酸化PKR進而磷酸化eIF2α,誘發應激顆粒的形成。為了探究cGAS在應激顆粒形成過程中的作用,研究者們在HeLa細胞中敲除了cGAS,觀察DNA誘導應激顆粒形成的情況,結果表明敲除cGAS後,DNA誘導形成應激顆粒的能力基本消失,表明DNA通過cGAS誘發了細胞內應激顆粒的形成。
 
為了檢測這種應激顆粒狀結構在cGAS誘發幹擾素形成中發揮的作用,研究者們對THP-1內源性G3BP1和PKR進行了敲除,然後通過ISD(Interferon Stimulatory DNA)或者熱滅活的VACV(Vacciniavirus)進行刺激後檢測幹擾素通路激活水平。結果表明敲除G3BP1或者PKR都能夠顯著抑制外源DNA誘發幹擾素的產生,表明了G3BP1和PKR在DNA識別誘發幹擾素中具有重要的作用。
 
總結來說,文章發現了cGAS可以結合一種應激顆粒重要蛋白分子G3BP1,在DNA刺激下,細胞內能夠形成包含有mRNA、G3BP1和PKR的一種顆粒狀結構,這種顆粒狀結構對於DNA誘發幹擾素的產生具有重要作用。應激顆粒已經被報道包含多種RNA識別受體,可以作為一個RNA識別的平台,對於細胞識別RNA誘發幹擾素的產生具有重要作用[5, 6]本研究證明了DNA重要受體cGAS也能夠定位於應激顆粒中,並且證實了其在DNA識別誘發幹擾素中同樣具有重要作用,提示了應激顆粒是識別外源核酸(DNA和RNA)誘發天然免疫產生的一個重要的平台。此研究同時表明DNA誘導的天然免疫產生可以被空間位阻所控制,對於阻止機體識別異常產生的自身DNA誘發自身免疫具有重要的理論指導意義。文章發表後,也被當期“Science”雜誌的“This Week in Science”選為推薦文章。
 
據悉,中國醫學科學院病原生物學研究所副研究員胡斯奇,博士生孫宏殷利眷為論文共同第一作者。中國醫學科學院病原生物學研究所郭斐研究員,王健偉研究員和加拿大麥吉爾大學梁臣教授為共同通訊作者。
 
原文鏈接:
stke.sciencemag.org/content/12/609/eaav7934


制版人: 小嫻子

參考文獻



1. SunL, Wu J, Du F, Chen X, Chen ZJ. Cyclic GMP-AMP Synthase is a Cytosolic DNASensor that Activates the Type-I Interferon Pathway. Science. 2013;339(6121):786-91.doi: 10.1126/science.1232458. PubMed PMID: PMC3863629.
2. WuJ, Sun L, Chen X, Du F, Shi H, Chen C, et al. Cyclic-GMP-AMP Is An EndogenousSecond Messenger in Innate Immune Signaling by Cytosolic DNA. Science.2013;339(6121):826-30. doi: 10.1126/science.1229963. PubMed PMID: PMC3855410.
3. AndersonP, Kedersha N. RNA granules. The Journal of cell biology. 2006;172(6):803-8.doi: 10.1083/jcb.200512082. PubMed PMID: 16520386; PubMed Central PMCID:PMC2063724.
4. SrivastavaSP, Kumar KU, Kaufman RJ. Phosphorylation of eukaryotic translation initiationfactor 2 mediates apoptosis in response to activation of the double-strandedRNA-dependent protein kinase. The Journal of biological chemistry.1998;273(4):2416-23. doi: 10.1074/jbc.273.4.2416. PubMed PMID: 9442091.
5. OnomotoK, Yoneyama M, Fung G, Kato H, Fujita T. Antiviral innate immunity and stressgranule responses. Trends in Immunology. 2014;35(9):420-8. doi: doi.org/10.1016/j.it.2014.07.006.
6. OnomotoK, Jogi M, Yoo J, Narita R, Morimoto S, Takemura A, et al. Critical role of anantiviral stress granule containing RIG-I and PKR in viral detection and innateimmunity. PLoS ONE. 2012;7(8):e43031.

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