动态SUMO化修饰调控TLR细胞信号转导的新机制研究

Given the critical functions of TLR signaling in inflammatory and innate immune responses, they are subjected to manifold spatial and temporal modulations in a multi-layered and highly-ordered manner. The dynamic regulations are mainly realized by the protein post-translational modifications, in response to the intrinsic and environmental cues. However, it remains to explore the biological functions of the dynamic SUMOylation in TLR signaling. By RNAi-based screening approach, we identified that SUMO-specific protease 6 (SENP6) plays a critical regulatory role in TLR-induced inflammation. This study will investigate the regulatory mechanisms of TLR signaling by SENP6, as well as the essential physiological and pathological functions of SENP6 in anti-infective and inflammatory responses, which will bring a fresh perspective on the prevention and treatment of inflammation and inflammatory-related diseases.

Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)在固有免疫和炎症反应中具有关键的功能。近年来，TLR信号通路已被广泛地研究，多种方式可以调控相关的通路。SUMO化修饰以及对应的去SUMO化修饰，如何调控TLR细胞信号转导，这些调节可能的生物学功能和具体的分子机制，目前有待深入研究。我们利用RNAi功能筛选的策略，初步发现了SENP家族成员在TLR诱导的炎症反应中具有重要的调节功能。本项目将重点研究SENP6动态调控TLR信号转导的具体分子机制，以及SENP6在抗感染和炎症反应中的关键生理与病理功能，为预防和治疗炎症及其引起的相关疾病提供新的思路。

固有免疫是宿主防御病原微生物入侵的第一道防线。宿主通过一系列胚系基因编码的模式识别受体(PRR)，例如Toll样受体(TLR)、RIG-I样受体(RLR)以及DNA识别受体等，识别病原相关分子模式(PAMP)，例如细菌的脂多糖与病毒的核酸等，从而感知病原菌的入侵，然后通过相关的细胞信号转导，激活重要转录因子(NF-kB及干扰素调控因子)，诱导I型干扰素及炎症因子的表达，同时诱导适应性免疫反应，最终清除病原体。DNA受体识别DNA后，将信号传递到内质网上节点分子STING，随后STING迅速二聚化，从内质网经过高尔基体转移到核外周小体上。有趣的是，TBK1也会同时聚集到核外周小体上。由DNA刺激驱动的STING-TBK1复合物的聚集对于TBK1的激活是必需的，激活后的TBK1磷酸化IRF3，随后IRF3发生二聚化，入核起始靶基因的表达。STING与TBK1同时聚集到核外周小体的分子机制不清楚，这也是当前研究热点之一。我们采用蛋白质组学的方法筛选并鉴定出AMFR/INSIG1为STING动态复合物的组分。在E3泛素连接酶AMFR或者INSIG1缺失的细胞中，由胞质DNA刺激引发的、STING介导的抗病毒基因的表达显著减少。与此一致的是，髓样细胞中INSIG1特异性敲除的小鼠相比于野生型的小鼠更易受HSV-1病毒的感染。深入的分子机制研究表明， AMFR催化STING发生K27链型的泛素化修饰；此泛素链作为分子平台招募TBK1，然后将TBK1转移到核外周小体上。另外，我们利用RNAi功能筛选的策略，发现去SUMO化蛋白酶SENP家族的成员SENP5可能特异调控STING信号通路。胞质DNA受体cGAS被SUMO化修饰；SENP5动态地调节该SUMO化过程；我们初步将SENP5与cGAS-STING信号调节、以及自身免疫反应关联起来。此外，我们还发现蛋白SENP6参与负调控细胞固有免疫反应TLR信号通路：TLR信号转导过程中关键激酶复合物IKK复合物的调节亚基NEMO能够被SUMO-2/3共价修饰，这一修饰打断了去泛素化酶CYLD与NEMO的结合，最终使得IKK的活性增强。SENP6催化去除NEMO上共价偶联的SUMO分子从而逆转了这一过程。这些新鉴定的分子是参与到宿主病原体互作的重要蛋白，这些蛋白新功能的发现为抗病毒药物设计提供新的药物靶点。