多種新型蛋白修飾對固有免疫信號網(wǎng)絡的調(diào)控新機制

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稿件來源：生命科學學院編輯：談希、王冬梅審核：滿意發(fā)布日期：2023-02-22 閱讀量：

中大新聞網(wǎng)訊（通訊員崔雋）蛋白質(zhì)是組成生命的物質(zhì)基礎，是生命活動的主要承擔者，然而蛋白質(zhì)在合成之后，往往需要經(jīng)過一系列蛋白質(zhì)翻譯后修飾(Protein post-translational modifications, PTMs)，通過功能基團的添加或去除，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生化性質(zhì)從而改變其活性。近日，中山大學生命科學學院崔雋課題組在Molecular Cell雜志83期上連續(xù)發(fā)表兩篇學術(shù)論文，分別揭示了蛋白棕櫚酰化和焦磷酸化這兩種新型PTM對固有免疫應答的關(guān)鍵調(diào)控作用機制。

蛋白棕櫚?；閷ё允珊蚇LRP3炎癥小體互作調(diào)控炎癥及其相關(guān)疾病的新機制

NLRP3炎癥小體是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其功能紊亂與自身炎癥性疾病、神經(jīng)性退行性疾病以及癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。NLRP3突變引起炎癥小體的過度激活是早發(fā)型炎癥性腸?。╒EOBD）、幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎（JIA）和冷吡啉相關(guān)周期性綜合征（CAPS）等自身炎癥疾病的重要危險因素，因此其活化必須被精細調(diào)控以維持免疫穩(wěn)態(tài)。崔雋課題組發(fā)現(xiàn)S-棕櫚?；ㄟ^介導分子伴侶介導的自噬，在調(diào)控NLRP3蛋白穩(wěn)定性中發(fā)揮重要功能，并揭示S-棕櫚?；毕莸腘LRP3突變與自身炎癥性疾病的發(fā)生具有一定的相關(guān)性。

S-棕櫚?；且环N新型的蛋白翻譯后修飾，參與許多免疫相關(guān)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運、定位和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)。然而，S-棕櫚?；欠裨谡{(diào)控NLRP3炎癥小體激活過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用尚有待闡明。該研究結(jié)合S-棕櫚酰化抑制劑2-bromopalmitate（2BP）處理、?；?生物素交換、S-棕櫚?；揎椂c突變、蛋白互作質(zhì)譜、過表達/敲除棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶ZDHHC12等實驗，證實ZDHHC12可以明顯促進NLRP3的棕櫚?；揎?，而其酶活缺失突變ZDHHC12 C127S則不能，表明ZDHHC12促進NLRP3的棕櫚酰化修飾依賴于其酶活性。進一步的研究發(fā)現(xiàn)Zdhhc12缺陷可在小鼠體內(nèi)促進NLRP3炎癥小體的激活和IL-1β的釋放，從而加重Alum誘導的腹膜炎以及LPS誘導的膿毒血癥，揭示ZDHHC12在機體中發(fā)揮防止NLRP3炎癥小體過度激活的重要作用。通過抑制劑實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)溶酶體抑制劑NH4Cl和CQ能夠顯著抑制ZDHHC12對NLRP3的降解作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)ZDHHC12介導的S-棕櫚?；揎椡ㄟ^增強NLRP3與分子伴侶HSC70的結(jié)合，促進NLRP3進入溶酶體進行降解，最終抑制NLRP3炎癥小體的激活。

為了探究自身炎癥性疾病相關(guān)的NLRP3突變是否與棕櫚?；д{(diào)相關(guān)，研究人員篩選了一系列NLRP3突變并發(fā)現(xiàn) NLRP3的D21H、S102L、R490K、和G571R突變可以通過抑制NLRP3的S-棕櫚?；揎椧栽鰪娖浞€(wěn)定性，從而促進炎癥反應。進一步的機制研究表明，這是由于NLRP3的相應突變降低了NLRP3與ZDHHC12的結(jié)合，從而抑制HSC70對NLRP3的識別和降解。由于NLRP3 的S102L突變在亞洲人群中頻率較高，且在JIA和CAPS等自身炎癥性疾病患者體內(nèi)被多次發(fā)現(xiàn)，該研究將有助于 NLRP3突變相關(guān)的自身炎癥性疾病患者的診斷與精確治療。鑒于S-棕櫚?；揎棇LRP3蛋白激活和穩(wěn)定性的重要調(diào)控作用，特異靶向棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶的藥物可能是治療自身炎癥性疾病的理想靶標。

圖1 ZDHHC12通過棕櫚?；?，誘導NLRP3通過分子伴侶介導的自噬降解，抑制過度炎癥反應的工作模型

這篇研究論文的第一作者是中山大學生命科學學院王麗邱博士，她的主要研究方向為炎癥小體的免疫調(diào)控機制，于2022年入選博士后創(chuàng)新人才支持計劃，并在Nature Communications、Cellular & Molecular Immunology等雜志發(fā)表多篇一作文章。崔雋教授為該論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和博士后創(chuàng)新人才支持計劃等經(jīng)費支持。

蛋白焦磷酸化調(diào)控抗病毒固有免疫的新機制

磷酸化修飾是目前已知分布最為廣泛的PTM。蛋白質(zhì)磷酸化的相關(guān)研究起步于20世紀初，直到近十年，每年平均仍有1.5萬篇相關(guān)研究被報道。據(jù)估計，真核生物中有將近1/3的蛋白能夠被磷酸化。人類蛋白質(zhì)組中含有10多萬個潛在的磷酸化位點。相對于磷酸化修飾，蛋白的焦磷酸化修飾作為一種新發(fā)現(xiàn)的PTM，研究歷史相對較短。焦磷酸化修飾最早被發(fā)現(xiàn)于糖原合成中。由于目前沒有蛋白質(zhì)的焦磷酸化酶的相關(guān)報道，一般認為蛋白焦磷酸化屬于無酶催化的修飾。崔雋課題組發(fā)現(xiàn)焦磷酸化酶UAP1可以結(jié)合到轉(zhuǎn)錄因子IRF3上，直接正向調(diào)控I型干擾素反應，還發(fā)現(xiàn)UAP1作為第一個被發(fā)現(xiàn)的蛋白焦磷酸化酶，通過催化IRF3的焦磷酸化，增強機體固有免疫應答，降低病毒感染的新機制。

該研究首先通過功能篩選，發(fā)現(xiàn)敲除糖基化底物合成中關(guān)鍵的焦磷酸化酶UAP1能夠明顯抑制細胞的抗病毒活性，而過表達UAP1則會增強I型干擾素以及干擾素刺激基因的表達。Uap1敲低的小鼠對各種病毒的感染都更敏感，其抗病毒能力明顯下降，揭示了其在機體抗病毒免疫中的重要作用。為了探究UAP1調(diào)控抗病毒免疫的具體機制，研究人員通過免疫共沉淀實驗發(fā)現(xiàn)UAP1可以特異性結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子IRF3。UAP1的酶活突變體喪失了其促進I型干擾素通路激活的能力，表明UAP1的抗病毒功能依賴于其酶活性。研究人員進一步確定UAP1主要通過催化IRF3的焦磷酸化修飾，而不是糖基化修飾影響IRF3的活性。通過抑制劑實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)O-糖基化抑制劑（OSMI-1）或者N-糖基化抑制劑（TM）處理細胞不會影響UAP1對I型干擾素的促進作用，而焦磷酸化修飾抑制劑（TNP）處理會明顯抑制UAP1的抗病毒功能。補回UAP1在己糖胺通路中的重要產(chǎn)物UDP-N-乙酰基葡萄糖胺，不能回復敲除UAP1對IRF3及其抗病毒免疫的調(diào)控作用，揭示了UAP1可能直接通過催化蛋白的焦磷酸化發(fā)揮功能。進一步的研究通過同位素示蹤法、焦磷酸試劑盒檢測以及質(zhì)譜實驗等不同實驗方法，證明UAP1能夠特異性催化IRF3的Ser386位點的焦磷酸化修飾。研究人員構(gòu)建了Ser386位點失活的S386A突變體，發(fā)現(xiàn)S386點突變后IRF3不能進一步活化，IRF3 C端5ST活性位點（Ser396）也不能發(fā)生磷酸化，同時IRF3二聚化和入核能力也明顯下降，這些結(jié)果表明UAP1介導的焦磷酸化修飾對抗病毒固有免疫的調(diào)控至關(guān)重要。