Cell Rep：孙钦秒 / 陈大华合作发现 Ku 蛋白作为 cGAS 共同受体参与调控天然免疫反应的分子机制

2022 年 9 月 6 日，Cell Reports 在线发表了中国科学院动物研究所孙钦秒实验室和云南大学生物医药研究院陈大华实验室合作完成的关于 Ku 蛋白调控 cGAS-STING 信号通路的最新研究论文。

该研究详细解析了 Ku 蛋白作为共同受体通过促进 cGAS 结合 DNA 和 cGAS 多聚体的形成，进一步增强 cGAS 的酶活从而正调控 cGAS-STING 信号通路的激活。

孙钦秒研究员与陈大华教授为该文的共同通讯作者，中国科学院动物研究所博士研究生陶新月与云南大学硕士研究生宋佳丽为共同第一作者。

天然免疫反应的启动依赖于多种模式识别受体对不同种病原体的识别。在众多被发现的识别 DNA 病毒的受体中只有环状 GMP-AMP 合成酶（cGAS）的功能不受限于 DNA 序列与细胞种类，是公认的广谱的胞质 DNA 识别受体。在机体抗 DNA 病毒和细菌的天然免疫反应中发挥着重要的作用。

cGAS 在结合 DNA 后会发生二聚化及多聚化从而促进合成第二信使 cyclic GMP-AMP（cGAMP）。cGAMP 结合并激活接头蛋白 STING，STING 进一步激活下游信号通路最终促进一型干扰素与炎症因子的产生。尽管 cGAS 被鉴定为一个重要的 DNA 识别受体，然而 cGAS 与 DNA 结合的能力却相对较弱，cGAS 如何能够高效地识别广泛的 DNA 配体并激活复杂的天然免疫信号通路的机制尚不清楚。

cGAS 相对较低的 DNA 结合力预示着或许存在其它的 DNA 识别受体帮助并协同 cGAS 完成天然免疫的激活。针对这一科学问题，研究人员首先通过质谱与免疫共沉淀相结合的方法筛选与 cGAS 有相互作用的蛋白，其中 Ku 蛋白（Ku80 与 Ku70）吸引了研究人员的注意。Ku70、Ku80 及催化亚基 DNA-PKcs 可以构成异源三聚体 DNA-PK 复合体。其中 Ku70 与 Ku80 可以构成异源二聚体，Ku 蛋白。Ku 蛋白可以识别并结合 DNA，且具有较强的 DNA 结合能力，并被报道在细胞质中可以作为 DNA 病毒的识别受体参与天然免疫反应，但对其调控的分子机制并不很清楚。

为了进一步验证 Ku 蛋白在抗 DNA 病毒的天然免疫反应中的调控作用，研究人员首先通过敲低与敲除实验发现 Ku 蛋白表达的减少和缺失能够显著降低 cGAS-STING 介导的天然免疫反应的活性。进一步通过荧光素酶报告基因实验发现过表达 Ku 蛋白能够促进 cGAS 与 STING 共转诱导的 ISRE 活性，而对单独转染 STING 诱导的活性没有影响。同时发现过表达或敲低 Ku 蛋白并不影响 cGAMP 诱导的 IFNB1 mRNA 的表达。此外，在 cGAS 敲除的细胞系中发现敲低 Ku 蛋白并不影响 HSV-1 病毒诱导 IFNB1 的产生。综合这些功能实验的结果表明 Ku 蛋白是通过作用于 cGAS 来发挥正调控作用的。

在探究 Ku 蛋白对 cGAS 调控的具体机制方面，研究人员发现 Ku 蛋白促进 cGAS 结合 DNA 的能力，并显著增强 cGAS 聚集体的形成，进而促进了 cGAS 的酶活，诱导产生更多的 cGAMP。此外，研究者还发现在缺乏 DNA-PKcs 的情况下 Ku 蛋白仍然增强 cGAS 的功能。

综上所述，该研究发现 Ku 蛋白作为 cGAS 重要的共同受体能够促进 cGAS 结合 DNA 和聚集体的形成，显著增强了 cGAS 的酶活，进而促进 cGAS-STING 信号通路的活性。该研究为 cGAS 介导的天然免疫信号通路的调控机制及药物研发提供了新的思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111310

转自：“丁香学术”微信公众号

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