RNA水平5-甲基胞嘧啶修饰在抗病毒天然免疫中的调控机制研究

With the development of epitranscriptome, new modifications of RNA and their functional research have become the forefront in the life science. However, the specific functions of many new type of modifications in the variety of physiological and pathological processes are elusive. For example, the role of RNA 5-mC in innate immunity has not been fully revealed. This project is based on the applicant's discovery of the regulatory role of RNA 5-mC during pathogen infection-induced myelopoiesis (Shen Q, et al. Nature, 2018) and the RNA methylome data of mouse macrophages. To study the regulatory role of mRNA 5-mC modification in antiviral innate immune response, we will establish the dynamic RNA 5-mC modification map of the innate immune response induced by virus infection to screen the gene-specific regulation pattern of RNA methylation, and explore the features of 5-mC modification. And we will further search for mRNA 5-mC-related enzymes and binding proteins, including members of the Tet protein family, and use in vivo and in vitro viral infection model to reveal a novel molecular mechanism for precise regulation of antiviral innate immune response at the post-transcriptional level. Our project will provide potential new targets for anti-viral immunotherapy.

随着表观转录组学的发展，新的RNA修饰及其功能研究成为生命科学领域的前沿热点，但多种新型修饰在生理病理条件下的具体功能研究还不深入，如RNA的5-mC修饰在天然免疫中的功能还未完全揭示。本项目在申请人前期研究RNA 5-mC抗感染免疫功能的基础上（Shen Q, et al. Nature, 2018），基于已建立的小鼠巨噬细胞全转录组甲基化组的数据平台，旨在研究抗病毒天然免疫反应中mRNA 5-mC修饰的调控作用。通过建立病毒感染诱导的天然免疫反应过程中的动态RNA 5-mC修饰图谱，筛选RNA甲基化的基因特异性调控模式，以此作为数据基础来探索5-mC修饰的功能特征。并进一步寻找调控mRNA 5-mC的相关酶和结合蛋白，包括Tet蛋白家族成员，从其功能研究入手，通过体内、体外病毒感染模型，在转录后水平揭示精确调控抗病毒天然免疫反应的新型分子机制，为抗病毒感染免疫治疗提供潜在新型靶标。

作为天然免疫的关键细胞类型之一，巨噬细胞在抗感染和肿瘤免疫中发挥着关键作用。寻找调控巨噬细胞特异性功能的分子，并阐明其背后的分子机制，是阐明在局部微环境复杂信号的作用下，巨噬细胞表型获得和转变调控机制的关键。这将有助于寻找抗感染和肿瘤的关键靶标。表观遗传调控通过作用于染色质，以及介导转录和翻译后修饰，参与决定细胞特异性功能状态。DNA双加氧酶Tet蛋白作为一类表观修饰酶，在免疫细胞的功能获得中发挥着关键调控作用。本项目立足于研究Tet2及其相互作用蛋白OGT在抗感染和肿瘤免疫中的关键作用，并揭示其发挥作用的分子机制。首先，我们通过组学筛选发现Tet2能够抑制抗病毒和抗菌相关基因的表达。利用Tet2敲除巨噬细胞，我们筛选Tet2对多种病原体感染的调控作用，发现Tet2促进李斯特菌的胞内增殖。分子机制研究发现Tet2通过其经典功能催化DNA的5-羟甲基化（5-hmC）来发挥表观调控作用。该工作揭示了DNA的5-hmC可作为一种独立的DNA修饰发挥抗感染免疫作用。其次，我们聚焦Tet2的相互作用蛋白OGT，偶然发现了其位于溶酶体中的新功能：OGT在巨噬细胞的溶酶体中介导半胱氨酸蛋白酶Cathepsin B Ser210位的O-GlcNAcylation修饰，增加了肿瘤相关巨噬细胞和肿瘤微环境中的Cathepsin B成熟体，从而促进了肿瘤的转移和化疗抵抗。该发现首次阐明了肿瘤相关巨噬细胞竞争性摄取和利用葡萄糖促进O-GlcNAcylation修饰对于塑造细胞特异性促肿瘤功能的重要意义，为肿瘤治疗提供了潜在的靶点。