PNAS | 武汉大学胡明明/舒红兵发现cGAS酪氨酸磷酸化是cGAS激活和先天免疫反应的启动信号

目前对核酸介导的先天免疫的观点是，细胞内感应器与核酸的结合足以激活它们。尽管病毒内吞作用和内体逃逸的功能和机制已被充分研究，但尚不清楚这些过程是否被宿主的免疫监视机制感知。

2022年10月17日，武汉大学胡明明及舒红兵等团队合作在PNAS 在线发表题为“Endocytosis triggers V-ATPase-SYK–mediated priming of cGAS activation and innate immune response”的研究论文，该研究报道了病毒或外来DNA的内吞作用启动DNA感应器环GMP-AMP合成酶(cGAS)介导的先天免疫反应的启动信号。机制上，病毒感染或外源DNA转染触发脾酪氨酸激酶(SYK)和cGAS募集到内体V-ATP酶，SYK被激活，然后磷酸化人cGASY214/215(小鼠cGASY200/201)，启动其激活。

一旦与DNA结合，先导cGAS启动强大的cGAMP生产和依赖MITA/STING的先天免疫反应。阻断V-ATPase-SYK轴会损害DNA病毒和转染DNA诱导的cGAMP的产生和抗病毒基因的表达。总之，该研究结果表明病毒或其他货物的内吞后，V-ATPase-SYK介导的cGAS酪氨酸磷酸化是cGAS激活和先天免疫反应的启动信号。

病毒如何侵入宿主细胞在过去的几十年里已经被阐明。除了一小部分包膜病毒通过病毒包膜与质膜的直接融合入侵细胞外，大多数病毒通过内吞作用入侵宿主细胞。在到达内吞囊泡或早期核内体后，液泡H+-ATPase酶(V- ATP酶)在那里聚集并充当ATP驱动的质子泵，改变其腔的pH值，这些病毒通常以低pH依赖的方式从内吞囊泡或核内体逃逸到细胞质中。尽管病毒内吞作用和内体逃逸的功能和机制已被充分研究，但尚不清楚这些过程是否被宿主的免疫监视机制感知。

宿主细胞如何抵御病毒感染是生物学的一个关键问题。在过去的几年里，人们已经确定，细胞质环GMP-AMP合酶(cGAS)是一种重要的先天免疫感应器，用于在感染某些病毒或其他细胞胁迫时易位在细胞质中的病毒DNA、线粒体DNA (mtDNA)和细胞核DNA (nuDNA)。

cGAS-DNA复合物与DNA结合后，经历相分离形成cGAS-DNA液滴，cGAS利用GTP和ATP作为底物合成环GMP-AMP (cGAMP)。然后cGAMP作为第二个信使，它结合并激活内质网(ER)相关蛋白MITA (IRF3激活的中介)，也称为STING(干扰素基因的刺激因子)。MITA/STING激活激酶TBK1和转录因子IRF3，导致I型干扰素(IFNs)和其他效应基因的诱导。下游的细胞因子和效应因子抑制病毒复制或诱导感染细胞凋亡，导致先天抗病毒反应。

虽然cGAS同时感知外来DNA和自身DNA，但这两种配体的免疫结果有很大差异。例如，DNA病毒感染或DNA转染通常会引发宿主细胞中cGAMP的强烈产生和I型IFN的诱导，而自身DNA暴露(包括胞质mtDNA和nuDNA)只在生理条件下引发轻微的IFN反应，这表明由外源和自身DNA触发的cGAS-MITA/ STING介导的先天免疫反应的不同激活。在这种情况下，据报道cGAS主要通过与PI(3,5)P2结合位于质膜上，以避免感知胞质内的自我DNA，特别是在吞噬细胞中，这代表了通过cGAS- DNA物理分离的“被动”保护策略。

文章模式图（图源自PNAS ）

cGAS的PI(3,5)P2结合位点的突变预计会增加固有的I型IFN水平，但会损害病毒感染引发的抗病毒基因表达。这意味着有一些细胞膜相关的分子事件控制着cGAS介导的对外源病毒DNA的先天免疫反应，这在很大程度上仍是未知的。此外，据报道，病毒-细胞膜融合通过诱导mtDNA释放到细胞质中引发先天免疫反应，从而诱导cGAS-MITA/STING依赖性的先天免疫。病毒-细胞相互作用是否影响cGAS-MITA/STING信号活性，既往研究未见报道。

在本研究中，报道了病毒或外来DNA的内吞作用启动DNA感应器cGAS的激活信号。病毒内吞作用触发酪氨酸激酶SYK(脾酪氨酸激酶)和cGAS募集到内体V-ATP酶，SYK被激活，然后磷酸化cGASY214/215(小鼠cGASY200/201)，启动其激活。一旦与DNA结合，先导cGAS启动强大的cGAMP生产和依赖MITA/STING的先天免疫反应。总之，该研究结果表明cGAS有效激活的“双信号”模型，包括第一个启动信号和第二个DNA刺激信号。

参考消息：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2207280119

转自：“iNature”微信公众号

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