病毒入侵宿主時(shí)，宿主表達(dá)的模式識別受體（Pattern recognition receptors，PRRs）可以識別病毒，激發(fā)適應(yīng)性免疫以清除病原體，此為固有免疫。在PRRs中，胞質(zhì)DNA感受器（包括cGAS，DDX41，DAI，AIM2，IFI16等）研究較為廣泛[1-4]，特別是陳志堅(jiān)教授及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的cGAS酶[1]，可以識別外源的雙鏈DNA（如病毒），催化生成環(huán)鳥腺苷酸分子（cGAMP），激活干擾素刺激蛋白STING，從而激發(fā)細(xì)胞的免疫和炎癥反應(yīng)，這就是目前免疫研究領(lǐng)域炙手可熱的明星通路cGAS-STING。

以上所說免疫反應(yīng)發(fā)起點(diǎn)發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)病原性DNA入核之后，是否存在類似的DNA感受器可以感知外源性DNA以激活免疫反應(yīng)仍然長期充滿爭議。

就在2019年7月18日，Science在線發(fā)表了南開大學(xué)曹雪濤院士團(tuán)隊(duì)的科研成果“Nuclear hnRNPA2B1 initiates and amplifies the innate immune response to DNA viruses”。

該研究發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核內(nèi)的新型DNA感受器——hnRNPA2B1，它可以在核內(nèi)識別病原性DNA，形成同源二聚體，被脫甲基酶JMJD6去甲基后，易位到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而激活TBK1-IRF3信號通路，促使IFN-α/β的產(chǎn)生。

在此過程中同時(shí)還會促使免疫關(guān)鍵因子cGAS，IFI16和STING的mRNA的N6-甲基腺苷（m⁶A）修飾，翻譯及核質(zhì)轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步確保IFN-α/β的活化。

 

南模生物為該研究構(gòu)建了關(guān)鍵的Hnrnpa2b1^fl/fl小鼠模型

 

研究人員首先從被HSV-1（Herpes simplex virus-1，單純孢疹病毒）感染的AW264.7細(xì)胞核提取物中沉淀出HSV-1基因組DNA結(jié)合蛋白，通過質(zhì)譜分析獲得潛在的23個(gè)候選蛋白，通過siRNA功能實(shí)驗(yàn)，篩選出所謂的DNA感受器蛋白——hnRNPA2B1。

在Hnrnpa2b1-KO的AW264.7細(xì)胞中，被HSV-1感染后，干擾素Ifnb1的表達(dá)明顯降低，且同時(shí)HSV-1的復(fù)制能力增強(qiáng)。

除了體外實(shí)驗(yàn)，研究人員還構(gòu)建了Hnrnpa2b1骨髓細(xì)胞特異性敲除小鼠（Hnrnpa2b1^fl/fl；Lyz2-Cre^+/–），發(fā)現(xiàn)在被HSV-1感染后，其原發(fā)性腹膜巨噬細(xì)胞（PMs）中IFN-β的轉(zhuǎn)錄水平及分泌能力都顯著下降，同時(shí)伴隨著腦內(nèi)更高的病毒滴度及其更高的死亡率（Fig.1）。

 

Fig.1 hnRNPA2B1 activates antiviral defense toinhibit DNA virus replication

 

在明確了Hnrnpa2b1的功能之后，接下來就要搞清Hnrnpa2b1如何發(fā)揮作用。利用Hnrnpa2b1^fl/fl；Lyz2-Cre^+/–小鼠，研究人員發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1缺失后TBK1和IRF3的磷酸化水平受顯著下降。

接著，研究人員又發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1在HSV-1感染后發(fā)生了二聚化，驅(qū)動其從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的易位，從而通過Src結(jié)合并活化TBK1-IRF3信號通路，啟動STING依賴的IFN-α/β的表達(dá)。

另外，研究人員還分析了hnRNPA2B1特定位點(diǎn)的去甲基化對整個(gè)免疫反應(yīng)的影響。

 

早前研究認(rèn)為，巨噬細(xì)胞被HSV-1感染后，hnRNPA2B1的R226位點(diǎn)會發(fā)生去甲基化。而在Hnrnpa2b1敲除的RAW264.7細(xì)胞中過表達(dá)hnRNPA2B1-R226A相對于過表達(dá)野生型hnRNPA2B1來講，在經(jīng)過HSV-1感染后，前者（hnRNPA2B1-R226A是非甲基化狀態(tài)）IFN-β的mRNA水平和蛋白水平將有更大幅度的上升（Fig.2），這就意味著hnRNPA2B1在Arg226位點(diǎn)的去甲基化在整個(gè)免疫反應(yīng)中有重要作用，且確定了去甲基化過程與去甲基化酶JMJD6有關(guān)。

 

Fig.2 Arg226 demethylation is essential forhnRNPA2B1-mediated type I IFN induction

 

最后，研究人員還發(fā)現(xiàn)hnRNPA2B1的缺失會導(dǎo)致Cgas，p204，Sting在細(xì)胞核內(nèi)滯留且m⁶A修飾水平嚴(yán)重下降（Fig.3），進(jìn)而導(dǎo)致這些重要的免疫蛋白翻譯效率下降。

 

Fig.3 hnRNPA2B1 facilitates m6A modification andnucleocytoplasmic trafficking of CGAS, IFI16, and STING mRNAs upon DNA virusinfection

在明星蛋白cGAS之外，研究人員終于找到了新型的核內(nèi)DNA感受器--hnRNPA2B1，為固有免疫反應(yīng)基礎(chǔ)研究增添了新的維度，對了解核內(nèi)免疫機(jī)理，尋找新的免疫治療方法提供了重要的理論依據(jù)和參考資料。

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References
 

1. Sun L, Wu J, Du F, Chen X, Chen ZJ (2013) Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway. Science 339: 786-791.

2. Takaoka A, Wang Z, Choi MK, Yanai H, Negishi H, et al. (2007) DAI (DLM-1/ZBP1) is a cytosolic DNA sensor and an activator of innate immune response. Nature 448: 501-505.

3. Zhang Z, Yuan B, Bao M, Lu N, Kim T, et al. (2011) The helicase DDX41 senses intracellular DNA mediated by the adaptor STING in dendritic cells. Nat Immunol 12: 959-965.

4. Unterholzner L, Keating SE, Baran M, Horan KA, Jensen SB, et al. (2010) IFI16 is an innate immune sensor for intracellular DNA. Nat Immunol 11: 997-1004.