蒋争凡课题组揭示抗病毒天然免疫信号通路中重要激酶 TBK1 及 IKKα/β/IKKε的活化机

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蒋争凡课题组连发两篇文章揭示抗病毒天然免疫信号通路中重要激酶 TBK1 及 IKKα/β/IKKε的活化机制
1 p5 [5 ]. ]" W3 r2 m/ ~* h- G& I来源:北京大学生命科学学院 / 作者: / 2017-11-18, e: ?1 d, L+ P4 r
近日，国际著名免疫学术期刊《PLOS Pathogens》和《The Journal of Immunology》分别在线发表了北京大学生命科学学院蒋争凡研究组在抗病毒天然免疫领域的最新研究成果——MAVS activates TBK1 and IKKε through TRAFs in NEMO dependent and independent manner 及 NEMO–IKKβ Are Essential for IRF3 and NF-κB Activation in the cGAS–STING Pathway。
! h9 f* J3 x$ G7 L; N天然免疫是宿主抵抗病原入侵的第一道防线。在抗病毒天然免疫反应中，机体通过 RLR-MAVS 和 cGAS–STING 信号通路分别感受 RNA 病毒和 DNA 病毒的入侵并通过活化转录因子 IRF3 和 NFκB，启动包含 I 型干扰素 (IFN) 在内的众多抗病毒细胞因子的产生 1。已有的遗传学数据表明，激酶 TBK1/IKKε和 IKKα/β分别在活化 IRF3 和 NFκB 的过程中发挥不可替代的作用 2,3。但是，关于这些激酶如何被活化并不十分清楚。
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蒋争凡课题组首先从 RLR-MAVS 信号通路着手，通过一系列基因敲除研究发现 E3 泛素连接酶 TRAF 蛋白在此通路中至关重要：缺失 TRAF 蛋白的细胞完全丧失对 RNA 病毒的反应。有意思的是，回复实验表明 TRAF2/3/5/ 6 中任意一个成员都能不同程度回复对病毒的反应，提示不同 TRAF 蛋白在机体应对 RNA 病毒的免疫反应中分别起不同作用。进一步的机制研究表明，TRAF 蛋白与 TBK1/IKKε形成复合体，通过与 MAVS 蛋白中的 TRAF 结合序列招募 TBK1/IKKε到 MAVS，进而促进激酶的自磷酸化及激活。同时，IKKα/β的活化也完全依赖于 TRAF 蛋白，后者合成的泛素链被 NEMO 识别并诱导 IKKα/β活化，活化的 IKKα/β可以直接磷酸化 TBK1/IKKε，促进激酶的完全激活。非常有趣的是，研究还发现没有 NFκB/NEMO 活化的情况下，细胞仍产生少量的 I - 型干扰素 4。
1 I5 |3 H3 S5 B; ~& A4 O1 D有趣的是，这种 IKKα/β和 TBK1/IKKε相互活化的机制同样存在于由 DNA 病毒感染而激活的 cGAS–STING 通路中。课题组意外地发现低浓度的血清培养可以强烈促进细胞对 DNA 病毒的反应。尤为重要的是，血清饥饿使以往对细胞质 DNA 没有反应的细胞株，如 HeLa 细胞对 DNA 或者 DNA 病毒产生很强的反应。以此为基础，课题组对 NFκB 活化在 cGAS- STING 通路中的作用展开了系统研究，并发现 NEMO 或者 NFκB 的缺失 / 失活使细胞对 DNA 病毒的反应急剧降低。进一步的机制研究发现，NEMO-IKKα/β复合体也是通过结合泛素链而被活化。为了寻找这个通路中合成这些泛素链的 E3 泛素连接酶，他们对可能的 E3 泛素连接酶进行了组合敲除筛选，最终发现只有当同时缺失 E3 泛素化连接酶 TRIM32 和 TRIM56 后，细胞完全丧失对 DNA 病毒的反应，表现为病毒诱导细胞的泛素链合成及 IKKα/β活化消失，证明 STING 通过 TRIM32 和 TRIM56 合成泛素链来活化 NEMO-IKKα/β，进而促进 TBK1/IKKε的活化。该工作也首次从遗传学角度阐明 IKKα/β-NFκB 在 cGAS-STING 通路中的重要作用 5。
5 o. f" z$ w$ U8 O越来越多的研究表明，RLR-MAVS 和 cGAS–STING 通路不但在抗病毒天然免疫反应中发挥重要的作用，在肿瘤的发生，迁移及免疫治疗方面也非常重要。传统的研究认为 IKKα/β介导的 NFκB 通路对肿瘤的迁移十分重要，而 TBK1/IKKε介导的 I 型干扰素通路在肿瘤的免疫治疗中发挥重要作用。蒋争凡研究组发现的 IKKα/β和 TBK1/IKKε相互活化的机制可能会为肿瘤的免疫治疗及抗肿瘤药物的研发提供新的切入点和方向。
) D( S# G$ @' F* j; D. ~, ]2012 级 PTN 博士生方润为这两篇论文的第一作者，蒋争凡教授为通讯作者。蒋争凡实验室的博士生蒋启飞、王晨光、张睿、高鹏飞和于晓彧等同学在工作中给予了很多帮助。研究工作在国家自然科学基金委、科技部 973 计划、北京大学“蛋白质与植物基因研究”国家重点实验室、北京大学“细胞增殖与分化”教育部重点实验室及北大 - 清华生命科学联合中心的资助下完成。
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