生化与细胞所PLoS解析固有免疫信号通路

　　

生物通报道  近日来自中科院上海生命科学研究院生化与细胞所王琛课题组的研究人员在新研究中证实线粒体泛素连接酶MARCH5能够特异性调控TLR7信号通路，首次将线粒体与TLR信号通路联系起来，揭示了线粒体在固有免疫促炎症反应调节中的关键作用。相关研究论文在线发表在国际学术期刊《公共科学图书馆•病原学》（PloS Pathogens）上。

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在固有免疫信号通路中，TLR (Toll-like Receptor)、RIG-I等模式识别受体（Pattern Recognition Receptor; PRR）能够识别不同的病原体相关分子模式（包括真菌、细菌的特异性细胞壁组分，病毒的RNA等），PRR活化后通过一系列接头分子将信号向下游传递，活化IRF（3/7）、NF-kB等转录因子并启动转录，最终诱导一系列功能分子（包括细胞因子、趋化因子、ISGs等）的表达，启动固有免疫反应，实现细胞的免疫防御过程。已有的研究表明：RIG-I信号通路介导的抗病毒反应中，线粒体发挥至关重要的作用，一些信号通路分子之间的相互作用需要特定的线粒体组分参与才能够实现；TLR和RIG-I共用一部分下游信号通路，但并不清楚线粒体在TLR下游信号通路调节中是否具有功能。

通过对线粒体蛋白进行大规模筛选，石贺欣、刘星等研究人员发现，泛素连接酶MARCH5可能调控固有免疫反应TLR7信号通路。实验证明，过表达MARCH5显著地促进了TLR7介导的NF- kB调控的基因表达，而RNA干扰敲低内源MARCH5的表达则抑制NF- kB调控的基因表达；MARCH5能够特异性地与TANK蛋白分子结合。实验室过去的工作证明：TRAF6在固有免疫信号通路中扮演关键角色，它可以发生自身K-63位多聚泛素化，并促进NEMO（另一个关键节点分子）的K-63位多聚泛素化，对于TLR7介导的NF- kB通路激活十分关键。Akira实验室的工作证明：TANK能够和TRAF6相互作用，并抑制TRAF6的信号传递功能。新研究发现MARCH5催化了TANK的多聚泛素化（K63分枝形式），因而解除了TANK对TRAF6的抑制。有意思的是，MARCH5调控TLR7信号通路的功能依赖于它的线粒体定位，将MARCH5的线粒体定位序列突变，使其定位于细胞质中或者细胞膜上，则丧失了催化TANK泛素化的功能。

近三年来，王琛课题组在固有免疫信号通路调控领域开展了较系统性的研究，取得了阶段性的研究进展。发现了多个参与调控的新分子（UXT、Trim21、Herc5、Tom70、IFIT3、Cited2等），分别调控信号通路的不同层面；揭示了磷酸化、乙酰化、泛素化、ISG15化等多种蛋白质翻译后修饰在固有免疫反应信号通路中的调控作用；认识了多种蛋白分子之间特异性相互作用（Specific Protein Interaction）、蛋白质复合物动态形成（Signaling-dependent Complex Formation）以及蛋白分子的亚细胞空间定位（Subcellular Localization）等细胞生理过程如何实现信号的精细调控。部分工作结果已经发表在J Immunol、Mol Biol Cell、Mol Cell Biol、Cell Res、PLoS Pathog等杂志上。

上述系列研究工作得到了国家科技部、基金委 、中国科学院以及上海市科委等机构的经费支持。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Mitochondrial Ubiquitin Ligase MARCH5 Promotes TLR7 Signaling by Attenuating TANK Action

The signaling of Toll-like receptors (TLRs) is the host's first line of defense against microbial invasion. The mitochondrion is emerging as a critical platform for antiviral signal transduction. The regulatory role of mitochondria for TLR signaling remains to be explored. Here, we show that the mitochondrial outer-membrane protein MARCH5 positively regulates TLR7 signaling. Ectopic expression or knockdown of MARCH5 enhances or impairs NF-κB-mediated gene expression, respectively. MARCH5 interacts specifically with TANK, and this interaction is enhanced by R837 stimulation. MARCH5 catalyzes the K63-linked poly-ubiquitination of TANK on its Lysines 229, 233, 280, 302 and 306, thus impairing the ability of TANK to inhibit TRAF6. Mislocalization of MARCH5 abolishes its action on TANK, revealing the critical role of mitochondria in modulating innate immunity. Arguably, this represents the first study linking mitochondria to TLR signaling.

作者简介：

王琛

研究员，研究组长，博士生导师

1993年毕业于中国农业大学生物学院获理学学士学位，1998年毕业于中国科学院生物化学研究所获理学博士学位。1998年至2002年先后在University of Connecticut Health Center 和University of Texas Southwestern Medical Center进行博士后研究。2002年8月起获中科院“****”资助在上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所从事免疫相关的细胞信号转导研究。目前已获得“上海市科技启明星计划”，“国家杰出青年科学基金”，“973重大基础研究项目子课题”等资助。

研究方向：宿主细胞防御调控

研究工作：

高等生物在进化过程中产生了具有特异性和高效性的免疫系统；根据作用机理可粗分为先天性和获得性免疫系统。近年的研究证实这两个系统是紧密相关而互相调节。当病毒和细菌入侵细胞时，它们固有的分子特征(Pathogen Associated Molecular Patterns, PAMP)就会被先天性免疫细胞表面或内部的特异受体识别而激活多条细胞信号转导通路，诱导表达特异的细胞因子。我们以病毒或细菌感染高等动物或人的先天性免疫细胞为研究模型，希望在分子与细胞的水平上揭示：动物细胞在受到进攻后如何识别、应答、限制和消灭有害的微生物；这些微生物如何逃避细胞的监控系统和利用细胞的缺陷来获得繁殖，导致病理现象的产生。

我们的兴趣主要集中在这些过程相关的细胞信号转导通路，如NF-kB, IRF3/IRF7, AP-1等应急细胞信号转导通路。力图寻找调控这些细胞信号转导通路的新分子和新机制，以及这些转录因子诱导表达的蛋白的新功能。致病微生物编码的蛋白抑制或利用这些通路的作用位点与机制。有趣的是，在调节这些信号转导通路的过程中，泛肽发挥了极为重要的作用。我们将研究泛肽及泛肽类似蛋白的生化反应和这些修饰对信号转导通路的调节新位点和作用机制。通过对致病微生物与细胞相互作用的深入研究，我们希望为筛选特异性抗感染药物提供新的靶点，并进一步为治疗免疫系统以及发育过程中的疾病提供理论基础。