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Cell 子刊《Cell Host & Microbe》报道北大游富平课题组发现细胞核内病毒RNA受体SAFA连接天然免疫识别和染色质重构

时间:2019-10-09 08:00:00  来源:  作者:

 

2019911日,北京大學基礎醫學院遊富平課題組在《Cell Host & Microbe》期刊上發表題爲“The Nuclear Matrix Protein SAFA Surveils Viral RNA and Facilitates Immunity by Activating Antiviral Enhancers and Super-enhancers”的論文,揭示了SAFA作爲一個新型的細胞核內病毒dsRNA監測器,連接染色質重塑和抗病毒天然免疫反應。

病原生物入侵機體後,産生的病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patternPAMP)被一系列的模式識別受體(pattern recognition receptorsPRRs)識別,最終誘導各種炎症因子、趨化因子以及幹擾素(InterferonIFN)的産生,發揮抗感染功能。模式識別受體是識別外來危險信號的感受器,並且傳遞信號給細胞內的效應分子,從而調動細胞進行免疫應答。首先被發現的模式識別受體是Toll Toll 樣受體(Toll like receptors),Jules A HoffmannBruce Beutle 因爲他們在這方面的工作獲得了2011年的諾貝爾生理醫學獎。所有的TLRs 都無一例外的定位于細胞質膜和內體。接下來科學家發現了在細胞胞漿內的模式識別受體包括:RIG-IMDA5cGASDDX41Caspase-4/5/11NLRs等,能夠識別細胞胞漿內的病原生物。然而在病毒感染過程中會在細胞核內産生大量的DNARNA,細胞核內的模式識別過程還有待深入研究。已知IFI16能夠識別細胞核內的病毒DNA並且激活STING相關信號通路。就在上個月,南開大學曹雪濤院士團隊發現hnRNPA2B1識別細胞核內的病毒DNA並激活抗病毒天然免疫反應。但是細胞核內是否存在識別病毒RNA的模式識別受體還有待揭示。

病毒RNA,尤其是雙鏈RNAdouble-stranded RNAdsRNA)是一種重要的PAMP,病毒感染宿主細胞産生的dsRNA可被TLRs家族的TLR3RLRs家族的MDA5melanoma differentiation association gene 5)和RIG-Iretinoic acid-inducible gene I)識別。TLRs家族一般定位在細胞膜或胞內體上,能識別細胞外或經過吞噬進入細胞的PAMPRLRs家族定位在細胞質,識別細胞質內的核酸組分。研究顯示,多種病毒感染會在宿主細胞核中産生dsRNA1-2,但細胞是否存在監測機制識別細胞核中病毒dsRNA目前還未有報道,本研究首次揭示了細胞核內病毒RNA感受器的存在。

另一個重要的科學問題是在感染條件下,宿主細胞如何調節染色質的開放性從而打開以及關閉一系列基因的表達,從而使機體清楚感染並維持免疫穩態和健康。本研究首先通過全基因組功能性篩選發現SAFA能夠協同病毒激活抗病毒天然免疫反應。SAFAScaffold Attachment Factor A),又叫HnRNPUheterogeneous ribonucleoprotein U,和曹雪濤院士團隊發現的hnRNPA2B1是同家族分子),作爲最早被發現的核腳手架蛋白,對于核內部結構的維持起重要作用。研究表明SAFA參與染色質空間結構的調控,SAFA功能異常與X染色體失活、擴張型心肌病、腫瘤等多種疾病相關。本研究發現SAFA在識別病毒RNA之後發生活化,並調節染色質的開放性以及免疫基因增強子和超級增強子的活性。

該研究顯示多種病毒感染宿主細胞後,在細胞核中産生dsRNA,被SAFA監測結合,引起SAFA發生寡聚化。SAFA同病毒RNA的結合是本研究亮點和關鍵點,研究人員運用生化手段,從各個層面和多個角度證明SAFA在病毒感染情況下同病毒dsRNA有很強的結合。並且通過RIP-seq RNA Immunoprecipitation-sequencingRNA免疫共沈澱測序)和TRIBEtargets of RNA-binding proteins identified by editing 基于核酸編輯的RNA結合蛋白鑒定技術)  編輯3等二代測序手段進一步肯定了SAFA和病毒RNA的結合。RIP-seq的結果顯示SAFA傾向于結合HSV-1病毒在細胞核內産生的dsRNASAFA通過其C端的RGG結構域結合病毒RNA,這一結果也得到了近期研究的支持-RGG傾向于結合dsRNA,而不是ssRNAsingle strand RNA 單鏈RNA3。爲了進一步確證SAFA能夠和病毒的dsRNA相結合,研究人員構建了SAFAADAR1催化結構域的融合蛋白。ADAR1是一種RNA脫氨酶,能夠識別dsRNA上的腺嘌呤並且對其進行脫氨,使得腺嘌呤變成次黃嘌呤。構建了ADAR1催化結構域和SAFA的融合蛋白的穩定表達細胞株之後,病毒感染該細胞,並把細胞中的RNA進行全基因組的RNA-seq分析,發現HSV-1病毒RNA發生了脫氨反應,由此進一步確認了SAFA能夠同病毒dsRNA結合。

SAFA同病毒RNA结合之后,發生寡聚化。染色质为基因转录提供了基本框架,其空间结构和动态调控对基因的差异性表达起到至关重要的作用。寡聚化的SAFA招募染色質重塑複合物(SWItch/Sucrose Non-FermentableSWI/SNF)和拓撲異構酶TOP1topoisomerase 1)介導轉錄調控。進一步機制研究表明,SAFA介導抗病毒相關基因增強子和超級增強子的激活。因此,SAFA缺陷的小鼠在HSV-1(單純疱疹病毒)感染之後,不能夠有效地激活抗病毒天然免疫反應。表現出更加嚴重的腦炎症狀,並且更多的SAFA缺陷小鼠死于HSV-1的感染。在細胞水平上,與此相一致的是SAFA缺失之後, 抗病毒相關的增強子和超級增強子的活化受到了限制,從而不能夠有效地起始相關基因的轉錄。

該研究首次鑒定了細胞核內病毒RNA的模式識別受體,並且SAFA在識別了病毒RNA之後通過調節染色質重構以及基因遠端增強子的活性來調節抗感染基因的表達,在傳統研究免疫信號通路激活轉錄因子的基礎上,率先引入了天然免疫信號對于基因遠端增強子的調節機制。因爲在後生動物,包括小鼠和人類中,遠端增強子對于基因轉錄的起始和維持可能比啓動子區域扮演了更加重要的角色。所以,研究遠端增強子和超級增強子對于免疫應答調控和免疫細胞命運決定,是十分有意義的,此部分工作應該只是一個小小的開始。而該研究中還有很多問題沒有解決,包括:SAFA如何調控相關基因染色質和增強子的調節特異性;SAFA如何發生的多聚化以及其調節機制;在感染過程中增強子以及超級增強子的動態調節過程,以及對免疫記憶和免疫耐受的調節。

北京大學基礎醫學院的2015級博士生操麗麗和劉勝德爲共同第一作者,北京大學基礎醫學院遊富平研究員爲通訊作者。北京大學孫育傑研究員、李默研究員,山東大學高翔教授,河南大學王澤坤教授,福建師範大學歐陽松應教授,McGill University的楊龍和林榮團教授,University of Connecticut School of Medicine的王鵬華教授對該研究給予了幫助。該研究得到千人計劃、國家自然科學基金和蛋白質機器重點專項等項目的經費資助。

 

文章鏈接:www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1931312819304196

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參考文獻: 

1.      Wang L, Wen M, Cao X. Nuclear hnRNPA2B1 initiates and amplifies the innate immune response to DNA viruses. Science. 2019 Aug 16;365(6454).

2.      Kurilla, M.G., Piwnica-Worms, H., and Keene, J.D. (1982). Rapid and transient localization of the leader RNA of vesicular stomatitis virus in the nuclei of infected cells. Proc Natl Acad Sci U S A 79, 5240-5244.

3.      Weber, F., Wagner, V., Rasmussen, S.B., Hartmann, R., and Paludan, S.R. (2006). Double-stranded RNA is produced by positive-strand RNA viruses and DNA viruses but not in detectable amounts by negative-strand RNA viruses. J Virol 80, 5059-5064.

4.      Ozdilek, B.A., Thompson, V.F., Ahmed, N.S., White, C.I., Batey, R.T., and Schwartz, J.C. (2017). Intrinsically disordered RGG/RG domains mediate degenerate specificity in RNA binding. Nucleic Acids Res 45, 7984-7996.

5.      McMahon, A.C., Rahman, R., Jin, H., Shen, J.L., Fieldsend, A., Luo, W., and Rosbash, M. (2016). TRIBE: Hijacking an RNA-Editing Enzyme to Identify Cell-Specific Targets of RNA-Binding Proteins. Cell 165, 742-753.

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