ZNF268a调控病毒感染引起的炎症和Ⅰ型干扰素反应功能及机制研究

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KRAB型锌指蛋白家族成员构成了最大的四足动物特异性转录因子家族。目前对于KRAB型锌指蛋白家族成员的研究多集中于其作为转录因子所发挥的功能上,涉及的领域主要在生物进化、胚胎发育和癌症等方面,且总体研究数目十分有限。在其他生物学领域,KRAB型锌指蛋白是否具有转录因子以外的功能依旧知之甚少。ZNF268是本实验室20多年前鉴定发现的一个KRAB型锌指蛋白基因。我们实验室过去的研究表明,ZNF268基因至少可以编码产生两种蛋白异构体:全长的ZNF268a蛋白和截短的ZNF268b2蛋白。其中ZNF268a是一个经典的KRAB型锌指蛋白,N端具有一个KRAB结构域,C端则是一组24个C2H2锌指串联结构;ZNF268b2则缺少N端的KRAB结构域,仅保留了24个C2H2锌指及与KRAB连接的隔板区(spacer)。在ZNF268的功能上,本实验室发现其与早期胚胎发育、造血细胞分化相关。之后,ZNF268b2又被发现与宫颈癌的发生发展密切相关,提示其可用作一个潜在的宫颈癌治疗靶标。
  在本研究中,我们进一步探索了ZNF268a在病毒感染引起的炎症反应和Ⅰ型干扰素反应中的作用。我们使用CRISPR-Cas9技术构建了ZNF268a特异性敲除细胞系。在SeV、VSV、HSV-1等模式病毒的刺激下,我们发现在ZNF268a缺失的细胞里,炎性细胞因子和抗病毒细胞因子的产生均受到明显抑制,表明ZNF268a在病毒感染引起的炎症和Ⅰ型干扰素反应中扮演了不可或缺的角色。
  在病毒感染引起的炎症反应中,炎性细胞因子的转录依赖于NF-κB信号通路的激活。我们发现胞浆ZNF268a可以特异性地与关键激酶IKKα相互作用,这种相互作用对IKKα/β的磷酸化影响轻微,但对IKK复合体的组装至关重要,进而影响NF-κB信号通路的激活。本课题组过去的工作表明,宫颈癌中高表达的截短蛋白ZNF268b2也可与IKKα/β相互作用并促进NF-κB信号通路激活。与ZNF268a作用机制不同,这种相互作用可促进IKKα/β的磷酸化。根据本课题组早期对ZNF268表达谱的调查发现,ZNF268a与ZNF268b2分别在正常组织和癌组织中高表达,提示ZNF268a对IKK组装的影响可能是一种生理相关性调节机制,ZNF268b2对IKK磷酸化的影响则代表着一种病理相关性调节机制。
  另一方面,在病毒感染引起的Ⅰ型干扰素反应中,β干扰素和其他ISG抗病毒细胞因子的表达依赖于IRF3信号通路的激活。我们发现ZNF268a可以特异性靶向信号通路中的关键激酶TBK1,帮助稳定TBK1与通路重要接头蛋白MAVS/STING的相互作用而促进通路的激活。进一步的分子机制研究显示,胞浆ZNF268a可被细胞内Tollip介导的选择性自噬系统降解。当病毒感染发生时,TBK1与胞浆ZNF268a相互作用并引起ZNF268a的S178磷酸化,促进ZNF268a蛋白稳定性提高,胞浆ZNF268a表达量明显上升。进一步地,随着ZNF268a的稳定,其可以招募赖氨酸甲基转移酶SETD4至TBK1上,促进信号通路激活。SETD4促进TBK1激活的机制则可能与其介导了TBK1第607位赖氨酸单甲基化有关。
  最后,ZNF268在小鼠或大鼠等啮齿类动物中没有同源基因,且通过序列比对发现ZNF268a的S178在高等灵长类十分保守,在其他非灵长类脊椎动物中则高度可变。另外我们还发现,TBK1虽然在灵长类和啮齿类动物中都有同源基因且高度保守(相似性达99%),但人TBK1的K607在小鼠或大鼠等啮齿类动物中却恰巧被一个精氨酸取代。相反地,该氨基酸在所有其他灵长类动物中高度保守。这些结果提示我们,ZNF268a-TBK1相互作用可能代表了一种高等灵长类特异的天然免疫调控机制,这一机制在小鼠或大鼠等啮齿类动物中并不存在,暗示了ZNF268a在进化过程中独特的天然免疫调控功能。
  综上,我们发现ZNF268a可以正向调控病毒感染引起的炎症和Ⅰ型干扰素反应。从机制上看,胞浆ZNF268a可以分别与IKKα和TBK1相互作用,影响IKK和TBK1-MAVS/STING信号复合体的组装,实现对NF-κB和IRF3信号通路的调控。进一步地,我们还发现胞浆ZNF268a会被细胞选择性自噬降解,在病毒感染时可通过TBK1介导的磷酸化避免这种降解,进而招募SETD4,促进信号通路激活。最后根据序列比对,我们认为ZNF268a-TBK1的相互作用可能代表了一类灵长类特异性的天然免疫调控机制。
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